Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Приборы магнитного неразрушающего контроля горячекатаных труб в процессе их производст ва. литературный обзор. постановка задачи исследования 12
1.1. Дефекты в трубах и методы их обнаружения 12
1.2. Магнитное поле рассеяния дефекта как источник информации при построении системы обработки и настройки аппаратуры 23
1.3. Методы обработки информации в приборах магнитного дефектоскопического контроля 33
1.4. Методы настройки и определения технического состояния приборов магнитного дефектоскопического контроля 36
1.5. Применение теории распознавания образов при обработке информации в процессе дефектоскопического контроля 37
Выводы 39
Цель работы 43
Глава 2. Исследование магнитных полей дефектов и методов обработки информации при феррозовдо вом дефектоскопическом контроле 44
2.1. Исследование магнитостатического поля наклонного косоугольного дефекта 45
2.2. Исследование метода обработки информации на основе одномерного признакового пространства 51
2.3. Исследование метода обработки информации на основе двумерного признакового пространства (метода эталонов) 56
2.4. Разработка метода обработки информации при распознавании групповых дефектов на основе характеристик результирующего сигнала 61
Глава 3. Экспериментальные исследования 70
3.1. Исследование магнитных свойств трубных сталей и их влияние на процесс намагничивания изделия 70
3.2. Исследование интервалов изменений параметров естественных дефектов и их связи с изменениями параметров магнитных полей и сигналов преобразователей 82
3.3. Исследование связи параметров скрытых дефектов с параметрами их магнитных полей и сигналов преобразователей 91
3.4. Экспериментальная проверка основных расчетных закономерностей в распределении полей наклонного косоугольного дефекта 97
3.5. Исследование достоверности распознавания дефектов труб методом на основе одномерного признакового пространства 100
3.6. Исследование достоверности распознавания дефектов труб методом на основе
3.7. Исследование достоверности распознавания дефектов, составляющих групповой дефект
методом на основе характеристик результи рующего сигнала 111
Глава 4. Разработка аппаратуры и зксжрименгальная проверка алгоритмов, реализующих методы обработки информации и настройки аппаратуры 119
4.1. Аппаратура и алгоритм для реализации метода распознавания дефектов труб, основанного на использовании одномерного признакового пространства 119
4.2. Алгоритм для реализации метода распознавания групповых дефектов на основе характеристик результирующего сигнала 125
4.3. Алгоритм для реализации метода распознавания дефектов труб, основанного на использовании двумерного признакового пространства 133
4.4. Алгоритм для реализации метода настройки аппаратуры 136
4.5. Алгоритм для реализации метода технической диагностики аппаратуры 139
Выводы 145
Глава 5. Реализация разработанных методов в аппаратуре магнитного дефектоскопического контроля 146
5.1. Дефектоскопическая система на базе ЭВМ М-6000
для контроля горячекатаных труб 146
5.1.1. Режимы намагничивания изделий, методы обработки информации и настройки аппаратуры, позволяющие повысить надежность контроля 146
5.1.2. Состав системы, реализующей методы обработки информации, технической диагностики, настройки аппаратуры на режим контроля 147
5.1.3. Влияние реализованных методов обработки информации на показатели качества дефектоскопической системы 155
5.2. Устройство для настройки дефектоскопических систем контроля горячекатаных труб Состав устройства и методика его использования 156
5.3. Система комплексной обработки информации при контроле горячекатаных труб 163
Выводы 168
Заключение 168
Литература 175
- Магнитное поле рассеяния дефекта как источник информации при построении системы обработки и настройки аппаратуры
- Исследование метода обработки информации на основе одномерного признакового пространства
- Исследование интервалов изменений параметров естественных дефектов и их связи с изменениями параметров магнитных полей и сигналов преобразователей
- Алгоритм для реализации метода распознавания групповых дефектов на основе характеристик результирующего сигнала
Введение к работе
Работа посвящена вопросам создания приборов для контроля ферромагнитных материалов и изделий.
Принятые на 2X71 съезде КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", предусматривают повышение качества изделий машиностроения и черной металлургии. Это ставит в ряд важнейших задачу совершенствования и создания аппаратуры неразрушающего контроля, обладающей повышенными чувствительностью к дефектам, быстродействием, надежностью, достоверностью и информативностью. Возможностью наиболее полно обеспечить эти требования обусловлено широкое применение магнитных дефектоскопических приборов для неразрушающего контроля горячекатаных труб из углеродистых сталей в процессе их производства.
Анализ достижений в области создания магнитной дефектоскопической аппаратуры неразрушающего контроля труб показал, что в условиях технологического потока трубопрокатного агрегата наибольшую эффективность проверки качества обеспечивают феррозондовые дефектоскопы, обладающие наибольшими чувствительностью и селективностью к дефектам.
В известных феррозондовых дефектоскопах обработка информации основана на амплитудном анализе сигналов, сравнением с заданным уровнем. Однако в зависимости от выбранного уровня срабатывания пороговой схемы дефектоскопа имеют место ошибки е определении годности проконтролированных труб. Ошибка первого рода (перебраковка) состоит в том, что трубы с дефектами допустимой глубины относят к числу бракованных. При ошибке второго рода (недобраков-ке) - трубы с дефектами недопустимой глубины относят к числу годных. Ошибки происходят и в том случае, когда дефекты одного и то-
- 7 -го же типа и одинаковых размеров находятся на наружной и внутренней поверхностях.
По данным метрологической аттестации феррозондовой установки ВДД-І0Ф вероятный уровень недобраковки (отношение количества бракованных труб, пропущенных в годные, к количеству фактически бракованных труб) естественных дефектов при контроле труб равен 15,4 %.
Для исключения указанных ошибок необходимо получать более полную информацию. Получение полной информации о дефектах в ферромагнитном изделии, содержащейся в распределении магнитного поля рассеяния над дефектом, невозможно без учета особенностей этого распределения и стабильного преобразования напряженности магнитного поля в электрические сигналы. Для решения этих вопросов необходимо иметь аналитическое представление о зависимостях распределения магнитного поля рассеяния от параметров (глубины, ширины раскрытия, угла наклона) наиболее распространенных типов дефектов. Изучение этих зависимостей должно проводиться с учетом особенностей физических свойств различных сталей, сортамента, конкретных условий их производства, влияния структурных изменений после горячей прокатки на магнитные свойства и процессы намагничивания, и как следствие, на распределение магнитного поля рассеяния дефекта. Это один из путей совершенствования аппаратуры магнитного неразру-шающего контроля.
Другой путь - поиск новых информативных параметров сигнала преобразователя, отражающих особенности магнитного поля дефекта, и методов обработки информации, позволяющих распознавать наиболее распространенные дефекты труб и определять их местонахождение. Надежное выявление дефектов, определение их местонахождения, распознавание типа дефекта требуют создания более совершенной аппа-
- 8 -ратуры с автоматизацией процессов настройки на режим контроля, слежения за критериями анализа информации и диагностики ее состояния.
Цель работы.
Исследовать режимы намагничивания горячекатаных труб и параметры магнитного поля дефекта обобщенной формы.
Разработать метод обработки информации, позволяющий распознавать образы дефектов при феррозондовом контроле.
Исследования режимов намагничивания показали, что главным фактором, приводящим к резким изменениям магнитных свойств сталей, является изменение содержания перлита в структуре стали. Увеличение содержания перлита приводит к снижению магнитной проницаемости и росту коэрцитивной силы сталей. Средние значения магнитной проницаемости намагничивающего поля в диапазоне 48 10 ... 80 I02 к/и находятся в интервале изменений магнитной проницаемости исследуемых марок сталей под влиянием колебаний содержания углерода. Это позволило установить возможность настройки дефектоскопов на выявление дефектов наружной поверхности (ДНП) с помощью образцов из любой углеродистой марки стали, а на выявление дефектов внутренней поверхности (ДЕЛ) только с помощью образцов из Ст 10 и их комбинированного намагничивания.
Изучены наиболее распространенные естественные дефекты труб типа плен, прирезка и ужим с целью определения интервалов изменений их параметров: глубины, ширины и угла наклона к поверхности изделия. Полученные данные послужили основой при выборе размеров и наиболее характерных форм искусственных контрольных дефектов для устройства настройки дефектоскопов и формирования банка данных при обучении системы распознавания дефектов. Эксперименталь-
- 9 -но установлено, что изменение ширины раскрытия дефекта е интервале от 0,1 мм до 0,4 мм на амплитуду сигнала практически не сказывается при увеличении глубины залегания до 7 мм. При этом уменьшение амплитуд сигналов от обоих дефектов составляет 10,3 %. На глубине залегания 10 мм разница между амплитудами сигналов от этих дефектов составляет 16,2 %. Среднестатистические значения амплитуд сигналов от предельно допустимых естественных дефектов подтверждают необходимость использования разных уровней разбраковки для разных типов дефектов. Интервалы изменения значений длительности сигналов в зависимости от изменения параметров дефектов в установленных пределах на разных уровнях амплитуд позволили установить критерии для настройки дефектоскопической аппаратуры на режим распознавания дефектов.
В процессе исследования связи параметров магнитного поля дефекта с параметрами сигналов преобразователя получены выражения, позволяющие проводить расчет нормальной и тангенциальной составляющих магнитного поля рассеяния дефекта косоугольной формы - наиболее часто встречающегося на трубах. Сравнителышй анализ расчетных и экспериментальных данных для двух типов дефектов "прирезка" и "ужим" подтверждает возможность использования полученных аналитических выражений при создании аппаратуры.
Проведены исследования параметров сигналов одиночных дефектов и результирующих сигналов двойных дефектов, позволивших выбрать признаки для их распознавания. На основе выбранных признаков разработан метод обработки информации, обеспечивающий распознавание наиболее распространенных дефектов горячекатаных труб типа: плена, прирезка и ужим. НроЕедена экспериментальная проверка алгоритмов, реализующих методы обработки информации и настрой-
ки феррозондовой аппаратуры. Разработанные методы реализованы в автоматизированной дефектоскопической системе на базе ЭВМ М-6000 для выявления и анализа дефектов горячекатаных труб. Информативным параметром служит форма сигнала, анализ которой проводится по амплитуде и длительности на нескольких уровнях.
Метод обработки информации основан на последовательном сравнении длительностей сигнала (признаков) на двух уровнях с признаками эталонов № I и № 2 каждого класса дефекта. По результатам сравнения принимается решение о принадлежности исследуемого дефекта к соответствующему классу и допустимости его на изделии. Система позволяет выявлять дефекты прокатного производства глубиной 0,3 мм и шириной раскрытий - 0,05 мм на горячекатаных трубах диаметром от 30 до 102 мм.
Результаты исследования магнитных свойств трубных сталей и параметров естественных дефектов позволили разработать устройство для настройки дефектоскопических систем контроля ферромагнитных труб.
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ Ш ЗАЩИТУ
Повышение достоверности феррозондового контроля горячекатаных труб путем анализа параметров формы сигнала преобразователя, связанной функциональной зависимостью с магнитным полем дефекта, обусловленным его геометрическими параметрами и магнитным состоянием материала изделия.
Метод обработки информации, включающий обучение ЭВМ путем ввода в память данных о признаках и критериях для классификации дефектов, анализ величины и формы сигнала по установленным признакам и контроль характеристик преобразования измерительно-преобразовательного тракта путем воздействия калибровочным магнитным полем на преобразователь и измерением параметров его сиг-
- II -
нала.
Устройство для аттестации сигналов, используемых при настройке феррозондовой аппаратуры, параметры которых служат критериями при обработке информации.
Система дефектоскопического контроля, позволяющая определить тип, местонахождение и степень опасности дефекта.
Основные положения диссертации доложены:
на ІУ Всесоюзной межвузовской конференции по электромагнитным методам контроля качества материалов и изделий (июнь, 1983г.);
на научно-техническом семинаре "Состояние работ по совершенствованию методов и технических средств неразрушающего контроля нефтегазопромысловых труб при строительстве скважин на нефть и газ", организованном Полтавским отделением Укр НЙГРИ и Полтавским областным правлением НЮ НГП им.академика И.М.Губкина (май, 1984г.); и опубликованы в журнале "Дефектоскопия" (№2, 1976, № 10, 1979; № 2, № 10, 1980; № б, 1984), защищены авторским свидетельством СССР № 739388, опубл. в Б.И.
Методические и технические решения на основе результатов исследований, обеспечивающие повышение быстродействия, надежности и информативности магнитоферрозондовой аппаратуры внедрены на двух предприятиях.
Аппаратура, реализующая разработанный метод обработки информации в процессе контроля внедрена в составе автоматизированной дефектоскопической системы на базе ЭВМ М-6000 для контроля горячекатаных труб на Первоуральском Новотрубном заводе.
Устройство, обеспечивающее реализацию метода настройки дефектоскопических систем контроля внедрено на Синарском трубном заводе.
Магнитное поле рассеяния дефекта как источник информации при построении системы обработки и настройки аппаратуры
При магнитном контроле о дефектах материала изделия судят по параметрам магнитного поля рассеяния дефекта. Исследованиями магнитных полей дефектов занимались многие ученые как в нашей стране, так и за рубежом. Решены задачи о расчете полей дефектов типа сферы, цилиндра, эллипсоида в безграничной среде при /W=C0nst[5, 15, 16, 81, 123]. Изучена зависимость данных полей от различных факторов: внешнего намагничивания поля, параметров дефекта, координат точки наблюдения, глубины залегания дефекта.
Проведены теоретические и экспериментальные исследования по изучению влияния границ изделий и способа намагничивания на магнитное поле дефекта [?2]. Методом зеркальных отображений решена задача о поле точечного полюса помещенного внутрь ферромагнитной среды, тлеющей форму бесконечного полупространства.
С помощью ряда последовательных отображений от верхней и нижней границы та же задача решена для ферромагнитной пластины конечной толщины [124]. Показано, что напряженность магнитного поля такого полюса при наличии границ примерно в два раза превосходит напряженность поля точечного полюса, расположенного в безграничной среде. С помощью этого же метода рассчитано поле цилиндрического дефекта в ограниченной пластине с использованием представления об эквивалентности полей цилиндрического дефекта и линейного диполя, помещенного в центр такого дефекта [из]. Приняв условие, что проницаемость материала изделия много больше проницаемости полости дефекта, получили выражение для тангенциальной составляющей поля дефекта:где: Но - внешнее ншлагничивающее поле; Ъ - радиус дефекта;& и Б - расстояние от центра дефекта соответственно до верхней и нижней границы изделия; X и У - координатные оси, начало которых расположено в центре дефекта; ось X направлена параллельно полости изделия, ось U - перпендикулярна к ней. Расчеты показали, что если дефект находится вблизи нижней границы, его поле еще раз удваивается, т.е. наличие верхней и нижней границы увеличивает поле внутреннего дефекта, находящегося вблизи нижней границы примерно в четыре раза. Экспериментальные исследования показали, что поле внутреннего дефекта возра стает, как только он оказывается вблизи внутренней границы, однако это возрастание значительно больше предсказанного теорией.
Второе различие между экспериментом и теорией заключается в том, что в эксперименте нарушается монотонный характер уменьшения поля дефекта в зависимости от глубины залегания. Поле дефекта, расположенного вблизи наружной поверхности и, следовательно, близкого к точке наблюдения, оказывается меньше, чем поле дефекта, расположенного глубже, но ближе к внутренней поверхности изделия. Поле дефекта вблизи внутренней границы может быть равным или превосходить поле дефекта такой же конфигурации и величины находящегося посредине изделия. Такое различие между теорией и экспериментом обусловлено неучтенным появлением дополнительных фиктивных диполей, расположенных как во внешнем пространстве, так и внутри цилиндра. При учете полей этих диполей получено удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными [iIO, 119]. Исследовано влияние способа намагничивания на параметры полей рассеяния дефектов. При намагничивании по 1-му способу поля дефектов внутренней поверхности (ДШ) меньше в 6-7 раз, а дефектов наружной поверхности (ДШ) - в 2-6 раз, чем при намагничивании по второму способу. ДБП надежно выявляются, так как, проникая вглубь металла,дефекты попадают в область высоких индукций. Поля и индукции на наружной поверхности при сравниваемых способах намагничивания одинаковы, так как с углублением от внешней поверхности . проницаемость металла возрастает и происходит перераспределение магнитного потока и сопутствующее ему уменьшение индукции в поверхностном слое [lI7]. Это выравнивание индукции по толщине стенки трубы возможно лишь при наличии дефекта наружной поверхности.
Исследования магнитостатических полей ряда моделей поверхностных дефектов дают необходимое качественное и количественное представление о их особенностях. Так в [42] поверхностный дефект аппрокстшрован ленточным диполем с равномерно заряженными гранями. При этом ленточный диполь, ашіроксимирующий дефекты типа трещин и волосовин, состоит из двух прямоугольных поверхностей, высота которых соответствует глубине реального дефекта, а расстояние между плоскостями - его ширине. Полученные выражения для составляющих поля дефекта, хорошо описывают топографию поля дефекта. При h - - оо (бесконечно глубокий дефект) составляющие поля ленточного диполя имеют вид:где: On - поверхностная плотность магнитных зарядов. Горизонтальная составляющая Нх Для ленточного диполя конечной глубины П достигает максимума при X = 0. Величина этого максимума.Нх проходит через нуль в точках X\Z » определяемых выраже ниєм Вертикальная составляющая поля ленточного диполя достигает экстремума ( Э Ну / аХ = 0) в точках, которые находятся из уравненияXj со знаком " -f- " соответствует максимуму, со знаком " — " минимуму. Для У П и 9 о расстояния между максимумом и минимумом L 2 К5 -г= = ,15 У Большинство реальных дефектов простирается вглубь металла под некоторшл углом к поверхности. Топография поля таких (косорасположенных) дефектов определяется характером распределения зарядов на стенках дефектов. Так поверхностная плотность магнитных зарядов вблизи поверхности изделия больше на той грани дефекта, которая образует с поверхностью изделия наименьший двухгранный угол. На величину намагниченности в окрестности ребер дефекта оказывает существенное влияние форма краев, кривизна, угол наклона дефекта и другие факторы.
Проведено исследование топографии магнитных полей дефектов, сечения которых имеют форму треугольника и трапеции [бз]. В работе [из] дефект типа трещины аппроксимирован ленточным диполем с неоднородно заряженными гранями. При этом выбрано несколько моделей дефектов с различным распределением плотности магнитных зарядов вдоль грани дефекта. Исследование позволяет сказать, что при неоднородном намагничивании изделия поляризация дефекта осуществляется таким образом, что эта неоднородность существенно сглаживается. При этом плотность магнитных зарядов на гранях дефекта можно считать состоящей из двух: частей, большая из которых постоянная, даже для тех случаев, когда в отсутствие дефекта намагниченность по стенке трубы меняется от нуля до максимальной величины.
На выявляемость дефекта с помощью магнитных методов существенно влияет его протяженность. Во всех известных расчетах принимается, что дефект бесконечно длинный и вычисляется поле в зависимости от его глубины или раскрытия (ширины). Между тем из практики хорошо известно, отверстие выявляется магнитными методами значительно хуже, чем протяженная трещина такой же глубины и раскрытия. В работе [lI4] рассчитано поле дефекта конечной протяженности. При этом исследованы две модели распределения плотности поверхностных зарядов вдоль граней по длине дефекта: однородное и неоднородное с макстяальнои ПЛОТНОСТЬЮ зарядов в центре граней и линейно уменьшающейся к краям. Для тангенциальной составляющей поля дефекта конечной длины в точке начала координат получено простое выражение, связывающее поле дефекта с его протяженностью и раскрытиемгде 6 - плотность поверхностных зарядов на гранях дефекта- относительные протяженность и раскрытие дефекта; Ь - полудлина; v - ширина; п - глубина дефекта.
Расчет поля дефекта, аппроксимированного двумя гранями конечных размеров, заряженных до некоторого значения поверхностной плотности (рисШ, показывает, что величина поля дефекта зависит от его протяженности нелинейным образом. В плоскости перпендикулярной граням в центре дефекта, поле дефекта при малых пропорционально его длине, а при больших - стремится к своему пре
Исследование метода обработки информации на основе одномерного признакового пространства
Для распознавания дефектов в качестве признака может быть использовано расстояние. между экстремумами нормальной составляющей поля дефекта (рис.2.2). От величины и топографии поля дефекта зависят такие параметры сигнала феррозонда-градиентометра, как амплитуда, длительность и форма импульсов. Осуществляя анализ сигналов по длительности на различных уровнях можно распознавать дефекты классического типа, получать информацию о характере ориентации дефектов и разделить информацию о наружных и внутренних дефектах 11J. В основе метода используется факт принадлежности одному интервалу значений длительностей сигналов для различных дефектов одного типа и различия этих интервалов для дефектов разных типов. Каждый I -й тип дефекта (плена, прирезка, ужим и т.д.) характеризуется некоторым интервалом изменения длительности сигнала на заданном уровне cL . Этот интервал определяется в основном пределами изменения параметров самого дефекта (шириной раскрытия, глубиной и углом наклона к радиусу изделия), а также магнитных свойств от изделия к изделию.
Естественно также, что этот интервал будет различным в зависимости от того, на внутренней или.наружной поверхности изделия находится дефект данного типа (рис,2.3).
Для удобства дальнейшего изложения введем понятие множества значение длительности сигсала на уровне JL для і -го типа. Записьгде: ЦІ. и {oil - соответственно минимальная и мак симальная длительность сигнала на уровне cL от дефекта I -го типа. Если задана система множеств Tdij , то объединение UТобі определяется по формуле
Пересечение двух множеств Тії и ТАК (ІФК) определяется по формулеТогда множествосостоит из элементов I , принадлежащих одновременно некоторой паре множеств из системы множеств j Тли . В нашем случае значение Г определяется количеством типов дефектов, которые подлежат определению в результате контроля.
На основании вышеизложенного ясно, что для однозначного опре-ределения типа дефекта по заданному значению I длительности сигнала на уровне cL необходимо и достаточно, чтобы множество, определяемое по формуле (2-17) было пустым, то есть
В связи с тем, что максимальное значение амплитуды сигнала от одного и того же дефекта, расположенного на наружной и внутренней поверхности изделия различно, можно ввести два уровня анализа (уровни di и Jb соответственно). Следовательно, для определения местонахождения дефекта в этом случае необходимо иметь две системы множеств
Подводя итог сказанному, перечислим те ситуации, которые могут возникнуть в результате контроля при определении типа дефекта:- дефект на наружной поверхности.и его тип может быть определен после установления, какому из множеств Тобі принадлежит I ;- дефект на наружной поверхности, но его тип неизвестен;- дефект на внутренней поверхности и его тип может быть определен после установления, какому из множеств принадлежит I ;4)jb A cL иТ ] - Дефект на внутренней поверхности и его тип неизвестен, или дефект на наружной поверхности, но он является неопасным;
Перечисленные случаи описывают все возможные комбинации.Если равенство (2-18) не выполняется (то же самое относится и к уровню р ), то возможны случаи, когда ТЄ Тж или ТЄ Т/ЗІК (см.формулу 2-16). В этом случае описанный метод не дает возможности однозначно определить, к I -му или К -му типу относится дефект. Такие случаи неоднозначного определения типа дефекта могут быть сведены к минимуму методами обработки информации с использованием П - мерного признакового пространства П. . К числу таких относится метод эталонов.двумерного признакового пространства (метода эталонов) Примем, что распознаваемые дефекты X задаются значениями П признаков:где: К. - множество вещественных чисел.
Таким образом каждому дефекту будет соответствовать некото-рая точка в П -мерном признаковом пространстве К . Примем условие, что изучаемое множество дефектов X разбито на ь классов: Кі,... К о
Для каждого класса К і , 1 = 1 ,... L задано некоторое множество обучающих дефектов
Задача распознавания заключается в том, чтобы для некоторого заданного дефекта XQ : X0 (XQ,...XO) определить - к какому классу он принадлежит. Сущность метода эталонов состоит в том, что на основании обучения для каждого класса строятся эталоны.
Решение о принадлежности к некоторому классу принимается на основании сходства неизвестного дефекта с эталоном из этого класса. Решение задачи распознавания методом эталонов проводится в несколько этапов.Формирование эталонов может проводиться для каждого класса в отдельности одним из следующих способов.1. В качестве эталонов выбираются все обучающие дефекты.2. В качестве эталонов выбираются некоторые из обучающих дефектов. Этот метод позволяет сократить избыточность. Чтобы не хранить множество эталонов достаточно хранить только наиболее характерные. При этом существенно упрощается аппаратная реализация метода распознавания. Выбор нескольких эталонов для одного класса целесообразен только тогда, когда класс дефектов в признаковом пространстве имеет сложную форму. Бели же класс дефектов имеет простую форму, дефекты в классе расположены компактно, то тогда можно воспользоваться следующим методом.3. В качестве эталона выбирается всего лишь один, наиболее характерный объект из обучающих объектов.
Другой подход в выборе эталонов состоит в том, что в качестве эталонов выбираются некоторые точки признакового пространства. Эти точки необязательно соответствуют некоторым реально предъявленным ранее дефектам.4. В качестве эталона выбирается точка, характеризуемаясредними значениями признаков по всем обучающим дефектам за заданный класс Кjmгде: IT? - число обучающих дефектов за .класс і ; I - номер признака; К - номер обучающего дефекта. 5. В качестве эталона выбирается точка, характеризуемая по каждому признаку средним значением между максимальным и минималь-ным значением признака среди обучающих дефектов за этот класс:
Исследование интервалов изменений параметров естественных дефектов и их связи с изменениями параметров магнитных полей и сигналов преобразователей
Основой решения задачи повышения достоверности магнитного дефектоскопического контроля серез классификацию дефектов является знание особенностей их формы, ориентации относительно поверхности труб, интервалов изменений их размеров, а также функцио нальной зависимости между распределением и величиной магнитных полей с параметрами сигналов. Эти сведения позволят выбрать критерии для анализа сигналов с целью определения их местонахождения, распознавания и принятия решения о допустимости их на изделии. Эти же сведения позволят решить вопросы настройки дефектоскопической аппаратуры на режим контроля.
Методика проведения исследованийДля проведения исследований использованы образцы труб (длиной 3 м, диаметром 57 мм, 102 мм и толщиной стенки 5, б, 8,10 мм) из углеродистых сталей (Ст 10, Ст 20, Ст 35, Ст 45) с наиболее распространенными естественными дефектами типа плен, прирезок и ужимов (на 30 образцах по каждому типу дефекта). На стадии подготовки образцов из технологического потока отбирались трубы с дефектами. Отбор труб проводился при прокатке их из разных поставок металла и в разные смены работы стана. По периметру выбранных сечений на дефектных участках образцов измеряли магнитные поля двухэлементными феррозондовыми преобразователями с продольным возбуждением и частотой возбуждения 130 кГц. Размеры сердечников полузондов: длина 2 мм, диаметр 0,046 мм. Минимальное расстояние от центра полузондов до поверхности образцов составляло 1,8 мм. Преобразователи устанавливали перпендикулярно к поверхности образца. Чувствительность полемера составляла 0,2 мВ/А/м, а градиентометра 5 мВ/А/м. Расстояние (база) между сердечниками полузондов - 1,8 мм.
На каждом образце измерялись нормальная составляющая поля дефекта и ее градиент. Угол между полузондами преобразователя (градиентометра) на образцах: диаметром 57 мм составлял 324 , а на образцах диаметром 102 мм - I54 .
Измерения полей дефектов проводились на экспериментальной установке (рис.3.1), по методике описанной в п.3.1. Исследуемые образцы намагничивались по способу ЦОП с обеспечением напряженности поля на наружной поверхности их 64 1Сг А/м. Подвод тока к образцам осуществлялся через медные втулки,одеваемые на их концы.
После измерения полей дефектов по каждому исследуемому сечению образцов проводилась запись сигналов от градиента нормальной составляющей поля дефектов в динамическом режиме на магнитную ленту регистратора НО-48 для проведения последующих исследований и проверки алгоритмов, реализующих методы классификации дефектов. При записи скорость движения ленты составляла 19,05 см/с, а скорость вращения преобразователей 900 об/мин. Б процессе записи параллельно сигнал регистрировался на экране осциллографа в режиме памяти. Затем каждый сигнал с регистратора воспроизводился на экране этого же осциллографа с целью контроля качества записи. Запись каждого сигнала от дефекта разделялась записью двух сигналов прямоугольной формы разной длительности с целью разделения первых и последующего воспроизведения их по заданной программе. Исследуемый образец в процессе записи намагничивался по способу ЦОП от источника постоянного тока типа АНГ-5000. Напряженность поля на наружной поверхности составляла 64 10 А/м. Блок-схема экспериментальной установки на которой проводилась запись сигналов приведена на рис.3.7.
После записи сигналов образцы около исследуемых сечений разрезались с последующим шлифованием зоны дефекта для совмещения плоскости микроисследования с плоскостью исследуемого сечения.
Микроисследования проводили под микроскопом при х50 и хЮО. При этом определялся тип дефекта, его размеры и угол наклона к поверхности. Результаты экспериментальных исследований приведены в табл.3.3 и на рис.3.8 - рис.3.П.
Металлографические исследования естественных дефектов типа плена, прирезка и ужим дают представление о наиболее вероятных интервалах изменений их параметров: глубины, ширины раскрытия и угла наклона к наружной поверхности изделия (табл.3.3). Приведенные данные о размерах и ориентации естественных дефектов послужили основой при выборе размеров и наиболее характерных форм искусственных контрольных дефектов. Значения расстояний между экстремальными точками Ln нормальной составляющей полей дефектов наружной поверхности типа плена лежат в интервале 2,05-3,55 мм; типа прирезка 3,21-4,5 мм и типа ужим 4,2-5,6 мм (для наших условий конкретные значения этих величин зависят от высоты точки наблюдения, размеров преобразователя и некоторых других величин). Среднестатистические значения амплитуд сигналов от предельно допустимых естественных дефектов (в данном случае за такие приняты дефекты глубиной 10 % от толщины стенки) составляют для плен 100 мВ, для ужимов 150 мВ и для прирезок 175 мВ (при принятом коэффициенте усиления селективного усилителя).
Алгоритм для реализации метода распознавания групповых дефектов на основе характеристик результирующего сигнала
Реализация метода распознавания дефектов может быть осуществлена с помощью дефектоскопической системы (рис.4.4) по алгоритму, представленному на рис.4.5 - рис.4.7.
Обработка информации в дефектоскопической системе, настроенной на режим распознавания выявляемых дефектов начинается с момента поступления контролируемого изделия в зону контроля, который отмечается сигналом К і о прохождении переднего конца трубы через устройство сканирования (рис.4.5). Сигналы о наличии дефекта на контролируемом изделии предварительно усиливаются и через сумматор подаются на вход, аналого-цифрового преобразователя (АЩ), который опрашивает ЭВМ, находящаяся в режиме ожидания начала появления сигнала. В процессе контроля трубы каждый сигнал, превышающий некоторый порог заносится в память ЭВМ и преобразуется из аналогового вида в цифровой.
Одновременно производится запоминание амплитуд синхроимпульса о начале каждого оборота устройства сканирования с преобразо вателями Еокруг трубы. Это позволяет определить протяженность дефектов, их местонахождение по периметру трубы и установить границы участков для последовательного анализа информации о качестве изделия. Выход трубы из зоны контроля отмечается сигналом
В интервалах между поступлениями труб в зону контроля производится анализ полученной информации последовательно по участкам обозначенным синхроимпульсами. При наличии на трубе протяженного дефекта между двумя синхроимпульсами могут наблюдаться сигналы от всех преобразователей, расположенных в кольцевой обойме. Признаком разделения сигналов от разных преобразователей может служить временной интервал. Так, при 2-канальной системе временной интервал между сигналами будет составлять 33,4 мс. При этом для труб диаметром 57 мм расстояние между сигналами составит 40-45 мм. После установления в одном из указанных интервалов количества сигналов от разных преобразователей производится анализ сигнала от каждого преобразователя (рис.4.6) последовательно.
Если сигнал содержит больше двух экстремальных значенийn(Zm) 3, то дефект является групповым. При наличии в сигнале двух экстремальных значений (одного положительного, а другого отрицательного) проверяется расстояние между ими. В случае еслидефекта к числу одиночных - определяется его местонахождение (на наружной или внутренней поверхности).ЕслиL LHMAKC , то дефект находится на наружной поверхности изделия, а если L LHMAKC ТО дефект находится на внутренней поверхности. Затем проверкой отношения L т / . m устанавливается имеет ли дефект угол наклона. (Рис.4.7). Если, то дефект наклонный, а если Zin/ m 1 , то дефект прямой. За этим следует определение степени опасности с учетом его местонахождения. Для наружной поверхности дефект будет недопустимым при выполнении условия Em ZHMHH , а для внутренней поверхности при выполнении условия zm Z-BMHH .После этого проверяется число экстремальных значений для отделения сигналов, поступающих на вход С . После этого определяется тип дефекта.
Процесс восстановления исходных сигналов дефектов, составляющих групповой дефект начинается с выбора значения Хо .За этим следует распознавание варианта взаимодействия и восстановление сигналов. Восстановленные сигналы анализируются по схеме анализа одиночных сигналов. После процесса распознавания производится расчет протяженности всех выявленных дефектов и вывод этих данных с указанием типов дефектов и их местонахождения в данном изделии на какое-либо из устройств отображения алфавитно-цифровой информации. При поступлении в зону контроля очередного изделия процесс циклически повторяется.
Методика проверки алгоритмаПроверка алгоритма проводилась на сигналах от искусственных и естественных групповых дефектов, записанных на магнитную ленту магнитографа НО-48 при экспериментальных исследованиях ( см. п.3.7). Запись сделана так, чтобы при воспроизведении ее можно было имитировать прохождение через систему контролируемых изделий. Для этого сигналы от дефектов разделялись двумя сигналами прямоугольной формы и разной длительности. При этом сигнал большей длительности имитировал выход трубы из зоны контроля, а сигнал меньшей длительности вход трубы в зону контроля. Временной интервал между двумя последовательно записанными сигналами прямоугольной
