Содержание к диссертации
Введение
1. Методы и средства неразрушающего контроля строительных материалов и изделий 10
1.1. Методы и средства измерения электрофизических параметров строительных материалов и изделий 11
1.2. Методы и средства измерения отражающих характеристик строительных материалов и изделий 15
1.3. Методы и средства контроля строительных материалов и изделий, использующие поляризацию электромагнитного поля 23
1.4. Анализ методов и средств контроля строительных материалов и изделий 28
Выводы 29
2. Исследование метода неразрушающего контроля дефектов керамической плитки по параметрам СВЧ поля 30
2.1. Расчет электрофизических параметров керамической плитки по ее отражающим свойствам 30
2.2. Отражающие свойства керамической плитки при электромагнитном зондировании 32
2.3. Расчет элементов матрицы рассеяния керамической плитки 37
Выводы 45
3. Техническая реализация метода неразрушающего контроля дефектов керамической плитки по параметрам СВЧ поля 47
3.1. Измерительный комплекс для неразрушающего контроля дефектов керамической плитки 47
3.2. Методика калибровки измерительного комплекса 51
3.3. Методика измерений и определения параметров СВЧ поля измерительным комплексом 52
3.4. Программный интерфейс измерительного комплекса 53
3.5. Методика определения точности измеряемых величин 67
Выводы 74
4. Экспериментальные исследования по обнаружению дефектов керамической плитки 76
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований 76
4.2. Экспериментальные измерения амплитудно-фазовых параметров электромагнитного поля 78
4.3. Расчет элементов матрицы рассеяния по результатам измерений 89
4.4. Измерение отражающих характеристик плитки и различных физических параметров 95
4.5. Исследование возможности определения дефектов керамической плитки от их линейных размеров 98
Выводы 102
Заключение 104
Список использованных источников 106
- Методы и средства измерения отражающих характеристик строительных материалов и изделий
- Отражающие свойства керамической плитки при электромагнитном зондировании
- Методика калибровки измерительного комплекса
- Экспериментальные измерения амплитудно-фазовых параметров электромагнитного поля
Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность производства напрямую зависит от качества измерительных приборов, обеспечивающих ход технологического процесса. Вместе с тем, на отечественных заводах по производству керамической плитки практически отсутствуют средства бесконтактного экспресс-контроля готовой продукции. Это обстоятельство стимулирует поиск новых надежных методов и средств бесконтактного неразрушающего контроля (НК) строительных материалов и изделий (СМиИ), в частности, керамической плитки.
Даже в соответствии с государственным стандартом /1/ отсутствуют требования к автоматизации методов испытаний керамических плиток. Для подтверждения этого, приведем следующую цитату /1/: «...контроль внешнего вида плитки осуществляют визуально на расстоянии не более 1 м от глаза наблюдателя при рассеянном искусственном свете... Наличие невидимых трещин определяют на слух путем простукивания... показатели внешнего вида плиток контролируют штангенциркулем...».
Естественно, что такой НК при поточном производстве плитки требует больших затрат ручного труда, малопроизводителен и неэффективен. Кроме того, достоверность его результатов субъективна, так как зависит от самочувствия, опыта и добросовестности контролеров. В этой связи актуальность разработки методов и средств автоматического НК не вызывает сомнений.
Цель и задачи исследования. Целью работы является техническая реализация метода экспресс-контроля дефектов керамической плитки по параметрам сверхвысокочастотного (СВЧ) поля.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
- проведение анализа существующих методов и средств НК;
- исследование возможности использования метода радиоволнового НК керамической плитки по параметрам СВЧ поля, взаимодействующего с объектом контроля;
- разработка комплекса радиоволнового контроля дефектов керамической плитки, включающего радиоволновую установку, измерительную аппаратуру и соответствующее программное обеспечение, предназначенное для сбора, хранения и обработки данных измерений;
- практическое создание указанного комплекса;
- проведение экспериментальных исследований работы комплекса. Методы исследования базируются на основополагающих принципах радиофизики, в частности, электродинамики, теории цепей, поляризационной селекции, а также методах экспертных систем, теории вероятностей, вычислительной математики и на использовании современных информационных технологий. Для реализации пакета прикладных программ активно использовались методы объектно-ориентированного программирования. Основные положения выносимые на защиту:
1. Математическая модель взаимодействия зондирующей СВЧ электромагнитной волны (ЭМВ) с объектом контроля.
2. Аналитические зависимости между электрофизическими, отражающими и поляризационными параметрами, характеризующими керамическую плитку.
3. Аналитические соотношения между элементами матрицы рассеяния объекта контроля и параметрами интерферирующих ЭМВ в приемных каналах.
4. Функциональная схема измерительного комплекса для радиоволнового контроля дефектов керамической плитки по параметрам СВЧ поля.
5. Программное обеспечение, предназначенное для сбора, хранения и обработки данных измерений.
6. Результаты экспериментальных исследований.
Научная новизна работы. В результате проведенных научных исследований получены результаты, характеризующие их научную новизну:
1. Установлены новые аналитические зависимости между электрофизическими, отражающими и поляризационными параметрами, характеризующими керамическую плитку.
2. Найдены новые аналитические соотношения между элементами матрицы рассеяния объекта контроля и параметрами интерферирующих электромагнитных волн в приемных каналах.
3. На основе построенной математической модели и указанных соотношений предложен способ НК керамической плитки по параметрам СВЧ поля. Способ позволяет определить оптимальное соотношение между набором параметров и точностью выявления дефектов керамической плитки, упрощает и повышает оперативность и точность контроля.
4. Научно обоснованы, предложены и реализованы новые информационные технологии измерений с использованием аппаратных и программных средств.
5. Разработана функциональная схема и создан измерительный комплекс для радиоволнового контроля дефектов керамической плитки по параметрам СВЧ поля.
6. В процессе экспериментальных исследований получены результаты, подтверждающие достаточную результативность метода экспресс-контроля дефектов керамической плитки по параметрам СВЧ поля.
Практическая ценность работы. В результате исследований разработан информационно-измерительный комплекс, призванный автоматизировать процесс принятия решения о наличии дефектов продукции, на предприятиях по производству керамической плитки, повысить надежность контроля, умсньшить его стоимость и увеличить быстродействие. Данный комплекс может быть применим не только для НК керамической плитки, но и других СМиИ.
Реализация и внедрение. Результаты исследований внедрены в научно-исследовательских работах и в учебном процессе Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, что подтверждается соответствующими публикациями и актом внедрения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: II Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в моделировании и управлении» (СПбГТУ, г. С.Петербург, 2000 г.); VII Международной научно-технической конференции «Информационная среда вуза» (ИГАСА, г. Иваново, 2000 г.); Международной научно-практической конференции «Теория активных систем» (ИПУ РАН, г. Москва, 2001 г.), а также на научно-технических конференциях ВГАСУ в 1998 -2003 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ. В их числе статьи в центральной печати, материалы международных конференций и программные модули, зарегистрированные в Государственном фонде алгоритмов и программ.
Личный вклад:
1. Аналитические зависимости между электрофизическими, отражающими и поляризационными параметрами, характеризующими керамическую плитку, получены лично автором.
2. Аналитические соотношения между элементами матрицы рассеяния объекта контроля и параметрами интерферирующих ЭМВ в приемных каналах, найдены лично автором.
3. Функциональная схема измерительного комплекса для радиоволнового контроля дефектов керамической плитки по параметрам СВЧ поля, разработана лично автором.
4. Измерительный комплекс для контроля дефектов керамической плитки, включающий радиоволновую измерительную аппаратуру и соответствующее программное обеспечение, предназначенное для сбора, хранения и обработки данных измерений, создан лично автором.
5. Методика настройки и калибровки измерительного комплекса разработана автором лично.
6. Определение направления исследований, формулирование задач работы и обсуждение результатов экспериментов осуществлялись совместно с научным руководителем Авдеевым В. П.
7. Экспериментальные исследования по обнаружению дефектов керамической плитки проведены автором совместно с Меркуловым Д. В.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Материал диссертации изложен на 174 страницах, включая 18 рисунков, 10 таблиц, 58 страниц приложений.
В первой главе представлен обзор отечественных и зарубежных работ, посвященных методам и средствам ради о вол нового НК.
Во второй главе даются теоретические предпосылки метода НК керамической плитки. В ней аналитически получены основные соотношения между измеряемыми величинами и величинами, позволяющими делать выводы о принадлежности объекта контроля к бракованным или годным плиткам.
Третья глава посвящена описанию технической реализации предлагаемого метода НК. Разработана функциональная схема комплекса радиоволнового НК, описаны методики его калибровки и измерений, приводится оценка погрешностей измерений, а также описаны профаммные средства, используемые при работе с комплексом.
В четвертой главе представлены основные результаты эксперименальных исследований по обнаружению дефектов керамической плитки. Сделаны выводы о целесообразности использования предлагаемого метода и реализующих его технических средств.
В заключении обобщены основные теоретические и практические результаты диссертации и рассмотрены перспективы их использования.
В приложении представлены листинги пяти программ, таблицы с результатами измерений и расчетов проведенных экспериментальных исследований, а также акт внедрения результатов научных исследований в учебный процесс.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доценту, канд. техн. наук Авдееву В. П. и Меркулову Д. В. за ценные советы и практическую помощь при выполнении работы.
Выражаю также особую благодарность профессору, доктору техн. наук Суровцеву И. С. и доценту, канд. физ.-мат. наук Кононову А. Д. за дискуссии и замечания в процессе подготовки диссертации.
При постановке эксперимента автору была оказана помощь сотрудниками ЗАО ПКФ «Воронежский керамический завод» и лично главным инженером, канд. техн. наук Малиновым А. В. За это автор глубоко им благодарен.
Методы и средства измерения отражающих характеристик строительных материалов и изделий
По результатам измерения КО можно определить электрофизические параметры объекта контроля. Существует множество способов измерения КО ЭМВ от исследуемого объекта разной степени сложности и точности. Рассмотрим некоторые из них, предварительно введя ряд определений.
Вопросы взаимодействия объекта контроля с ЭМВ решаются экспериментально или приближенными методами. Сущность приближенного импе-дансного метода состоит в том, что реальная система «источник радиоволн -объект контроля — приемник» заменяется моделью в виде эквивалентной длинной линии с такими же волновыми сопротивлениями и размерами, как в реальной системе. В качестве сопротивления нагрузки длинной линии принимается сам объект контроля.
В импедансном приближении векторные функции распределения полей ЭМВ в поперечных сечениях заменяются интсфальными (усредненными) — эк Бивалентными нормированными напряжениями падающей U (х) и отражен-ной U (х) ЭМВ. Для них имеем /12/ соответственно.
В /14/ использовался метод подвижной нагрузки. При перемещении объекта контроля относительно рупора наблюдались максимумы и минимумы КО. Предложено находить некоторое среднее значение КО на заданном расстоянии от объекта контроля путем измерения КО в 3-х экстремальных точках: совпадающей с заданным расстоянием и двумя ближайшими слева и справа от нее. Пространство перед рупором условно разбивалось на две зоны. Границей между этими зонами являлось равенство амплитуды сигнала, отраженного от экрана, и сигнала фона, получающегося вследствие переотражений от окружающих предметов, рассогласования антенны с трактом и т. д. Сделан вывод о том, что точность измерений во второй зоне при прочих равных условиях заметно ниже. Предлагаются различные способы смещения границы между зонами от рупора.
Работа /15/ является продолжением /14/. В ней дан сравнительный анализ наиболее распространенных методов (метод замещения и метод подвижной нагрузки) измерения модуля КО при нормальном падении ЭМВ на образец, в которых используется информация только об амплитуде отраженной волны. Рассмотрена обобщенная схема для измерения КО, состоящая из генератора, приемо-передающей антенны, направленного ответвителя, индикатора и объекта контроля. Принято, что отражения от окружающих предметов в свободном простраЕістве остаются постоянными при смене образцов или при их перемещении вдоль оптической оси антенны.
Как замечено в /17/, измерения КО часто проводятся на небольших расстояниях для того, чтобы перехватить образцом конечных поперечных размеров основное излучение и повысить чувствительность измерений. Традиционно с целью обеспечения зондирования волной, близкой к плоской, в качестве излучателя используют рупор. Излучатель в виде открытого конца волновода обеспечивает излучение, более близкое к сферической волне. В /17/ описывается применение одночастотного метода определения КО в свободном пространстве с использованием спектрального анализа. Проводятся измерения КО при последовательном поступательном перемещении эталонного (металлической пластины) и исследуемого образцов.
В /19/ рассмотрено устройство, аналогичное /9/, и сделан вывод о том, что в нем не учитывается отражение от посторонних предметов. Предложено для устранения паразитных отражений и обеспечения условий измерений, адекватных условиям измерений в свободном пространстве, поместить калибратор (диэлектрические пластины) и измеряемый образец материала в ленточную линию и укрепить на перемещающем механизме для их возвратно-поступательного движения в процессе измерений. Во время этих передвижений калибратор и измеряемый образец совершают синхронные возвратно-поступательные колебания, которые вызывают фазовую модуляцию полезного сигнала и тем самым выделяют его на фоне паразитных отражений.
В /20/ предлагается для увеличения точности измерения метода /19/ и с целью устранения влияния возможной фазомодулированной помехи (например, за счет движущихся частей установки) рассчитывать КО измеряемого образца как средний КО для двух ближайших положений калибратора на ленточной линии, в которых минимальна амплитуда отраженного сигнала.
Отражающие свойства керамической плитки при электромагнитном зондировании
Отражающие свойства керамической плитки характеризуются комплексным КО . При зондировании керамической плитки ЭМВ этот параметр связан с параметрами ЭМВ. Равенство вида (2.2.3) рассматривалось в работах /42, 43, 13/. В них не учитывалась фаза нормированного напряжения падающей ЭМВ на нагрузке, т. е. предполагалось, что р0 = 0. В /42/ дополнительно фигурировал аргумент комплексного коэффициента передачи m - го зонда, где m - номер зонда.
В работах /42, 43/ предлагались способы и средства определения Г . Однако, по ряду причин (сложность, неоперативность и т. д.) их нецелесообразно использовать в задаче определения отражающих свойств керамической плитки.
Так, в /42/ для нахождения комплексного КО использовался отрезок линии передачи с введенными в нее на подвижной каретке двумя зондами, распо 34 Я ложенными на расстоянии — друг от друга. Входы фазометра были подключены к выходам первого и второго зондов соответственно. Перемещая подвижную каретку, добивались максимальных показаний фазометра. Модуль КО находился как тангенс половины от максимального показания фазометра. Я В /43/ использовались четыре зонда, расположенные на расстоянии » о друг от друга, и два фазометра, подключенные соответственно: один - к первому и третьему, второй - ко второму и четвертому зондам. Схема измерителя /43/ позволяет находить модуль и фазу КО. Из (2.2.2) можно также найти следующее равенство: Г" sm( p" -2fk)cos( pc(x)- p!! -/&) = = sm{(pc(x)-(p" -/к) + Г" cos( p" -2fic)sm{(pc{x)-(pS -/be), и после преобразования имеем /44/: (2.2.4) г" = sm( pC(x)- Po-f&) simy - pc(x)+q ! -fit) ц- } Последнее выражение (2.2.5) могло бы служить основой для фазовых измерений КО. Однако, в него входят две неизвестные величины: модуль КО Г" и его фаза р . В связи с этим в /44/ в качестве второго уравнения для_на хождения Г1 и (р предлагалось использовать формулу для амплитуды суммарной ЭМВ (1.2.7).
В /40/ рассмотрен вариант определения КО, при котором учитывается расстояние от объекта контроля до точки подключения измерительного устройства. Для этого измеряемые величины обозначим через: Uc(x) где Л{х) = r ,a(x) = P (x)- P ( ) U (x) Здесь и в дальнейшем штрих над какой-либо величиной показывает, что VC т тП, она рассматривается в режиме бегущей волны. В этом случае: V {x)-U (х). Используя веденные обозначения, перепишем (1.2.6) в виде: А(х)еМх)=\ + Гиея""-2 . (2.2.6) Координату х в (2.2.6) следует понимать как расстояние от исследуемого объекта до точки подключения измерительного прибора. Выполним в (2.2.6) преобразование. Выделим вещественную и мнимую части и найдем соотношения: A(x)smа(х) = Г" sin(p" -2 fix), А(х)cosа(х) \ = Г" cos( pH -2j3x). (2.2.7) Из (2.27) путем несложных преобразований получаем выражение для фазы КО. Из первого соотношения системы (2.2.7)- выражение для модуля КО /40/: рн -2fix+arctg Г" = ( А{х)ъ\г\а{х) (jc)coscr(jc)—1; ( )sinflr(jc) siiV-2jSc) ±xh2, (2.2.8) где h2 = 0,1,2...
В (2.2.8) входит найденная с точностью до слагаемого, кратного ж, ве-личина р . Модуль КО Г принимает значения /13/ в интервале от 0 до 1. Поэтому, если Г" при h2 = 0 отрицателен, то к р" следует добавить ж. Таким образом, используя АФ измерения, можно по формулам (2.2.8) найти КО, а, следовательно, и полное нормированное сопротивление (1.2.4) и КБВ (1.2.5). В (1.2.4) для случая л:=0 (в месте расположения объекта контроля), выполнив преобразования, получим: z"(smiyH - Г" sm(y/" +ср" )) = Г" sm p f, z"{cosy/" - Г" cos( " + (р")) = \ + Г" cos p", (2.2.9) J! ..." где z ,1// — модуль и фаза полного нормированного сопротивления на нагрузке. Из (2.29) путем несложных преобразований находим Ц . Из первого соотношения системы (2.2.9) — выражение для z": J л у/ = arctg ±л з, 2ГН sirup" Я\2 \ 1-(Г") Г"$т рн // , „и .н г-// 2" smy/" -Г" sm(y/" + р") (2.2.10) где h3 = 0,1,2. В (2.2.10) входит найденная с точностью до слагаемого, кратного л, величина . Модуль нормированного сопротивления zH 0. Поэтому, если z" при h3 = 0 отрицателен, то к следует добавить я. Наиболее полную информацию об отражающих свойствах объекта контроля содержит его матрица рассеяния. Поэтому для получения такой информации необходимо определить элементы этой матрицы.
В традиционных методах измерения элементов матрицы рассеяния /34/ не учитываются расстояния от объекта контроля до точек подключения приемников ЭМВ в поляризационно-ортогонапьных каналах. Это обстоятельство не позволяет судить о реальных отражающих и поляризационных свойствах объекта контроля и, в частности, керамической плитки. Для исключения этого недостатка, рассмотрим возможности нахождения элементов матрицы рассеяния, в зависимости от координаты х подключения приемников.
Методика калибровки измерительного комплекса
Расстояния от точек подключения амплифазометров в двух ортогональных линейно-поляризованных волноводных каналах до нагрузки в виде керамической плитки неодинаковы. Нахождение координат хї и х2 этих точек является задачей калибровки измерительного комплекса. Знание х{ и х2 позволяет использовать соотношения (2.3.13), (2.3.14) для нахождения элементов матрицы рассеяния керамической плитки.
В данной диссертационной работе используется метод калибровки, основанный на измерении амплитуд и фаз ЭМВ сначала в режиме бегущих волн, а затем в режиме короткого замыкания. Известно /51/, что идеально гладкая металлическая поверхность (размер шероховатости не превышает сотой доли длины волны в металле) не меняет поляризацию отражаемой волны. Отражение от листа металла можно с некоторой допустимой погрешностью рассматривать как режим короткого замыкания.
Методика измерений измерительным комплексом (рис. 1, рис. 2), в состав которого входят измерительные приборы ФК2-19, сводится к следующему: - с учетом неидентичности длин каналов, выявленной при калибровке (раздел 3.2), проводится расчет поляризационных параметров ортогонального разложения для получения двух заданных поляризаций падающей на объект контроля ЭМВ; - с помощью аттенюаторов и фазовращателя в измерительных каналах выставляется рассчитанная в предыдущем пункте первая поляризация падающей ЭМВ; - проводится измерение падающей ЭМВ в режиме бегущих волн; - проводятся измерения в рабочем режиме для данного объекта контроля; - с помощью автоматического фазовращателя выставляется вторая рассчитанная поляризация падающей ЭМВ; - проводится измерение падающей ЭМВ в режиме бегущих волн; - проводятся измерения в рабочем режиме для данного объекта контроля; - используя измеренные величины, по формулам, полученным в главе 2, определяются остальные параметры СВЧ поля.
Управление работой измерительного комплекса, процесс обработки, визуализации и хранения электрофизических, отражающих и поляризационных параметров керамической плитки обеспечивается персональной ЭВМ с соответствующим набором периферийных устройств. Для связи приемопередающей части измерительного комплекса с ЭВМ разработан специальный программный интерфейс. Он включает набор следующих программ, часть из которых представлена в приложениях диссертации: -программа «Experiment» (приложение 1.1); г - программа «Raschet» (приложение 1.2); - программа «Stat» (приложение 1.3); - ЭС «Радиоконтроль»; - программа «Оптимизация ИП». Программа «Experiment» написана на языке Turbo Pascal 7 Л под операционную систему MS-DOS 6.22 для компьютеров IBM PC AT и выше. Она обеспечивает программно-логическую связь ампл и фазометров ФК2-І9 и ЭВМ. В свою очередь, программа «Experiment» включает такие модули как: - модуль «Readport», управляющий портами платы сопряжения ампли-фазометров ФК2-19 с ЭВМ; - модуль «Lookdata», организующий вывод на экран значений измеряемых величин, полученных с помощью модуля «Readport»; - модуль «Experim», организующий интерфейс пользователя. Программа «Experiment» обладает следующими функциональными воз можностями: - позволяет выбрать имя текстового файла для выходных значений измеряемых величин; - обеспечивает измерения в режиме бегущей волны и в рабочем режиме; - выводит на экран значения измеряемых величин; - выводит на экран рассчитанные значений КО для обоих ортогональных каналов в точках подключения измерительных приборов; - записывает в текстовый файл значения измеренных величин.
Программа «Raschet» написана в среде объектно-ориентированного программирования Delphi 5.0 (доработана в Delphi 6.0 и 7.0) под операционные системы Windows 95/98/Me/NT/2000/XP для компьютеров с процессором Pentium 100 МГц и выше. Экранный интерфейс пользователя программы «Experiment»
В качестве алгоритма расчетов в ней используются соотношения параметров СВЧ поля, полученные в главе 2, по которым принимается решение о присутствии дефектов на контролируемой плитке.
Экранный интерфейс пользователя программы «Raschet» представлен на рис. 4. Функциональные возможности программы «Raschet» заключаются в том, что она обеспечивает: - выбор имен текстовых файлов входных, измеренных с помощью программы «Experiment», и выходных, рассчитанных, величин; - вывод на экран данных калибровки, поляризационных коэффициентов двух используемых поляризаций падающей ЭМВ, их коэффициентов эллиптичности и углов ориентации; - расчет, вывод на экран и запись в текстовый файл значений измеренных и следующих рассчитанных комплексных величин: элементов матрицы рассеяния, КО, нормированных сопротивлений, показателей преломления, диэлектрических проницаемостей, поляризационных коэффициентов отраженной от объекта контроля ЭМВ; а также действительных величин: КБВ, тангенсов диэлектрических потерь, коэффициентов эллиптичности и углов ориентации отраженной ЭМВ; - расчет величин, указанных в предыдущем пункте для двух других, задаваемых поляризаций. Программа «Stat» написана в среде объектно-ориентированного программирования Delphi 5.0 (доработана в Delphi 6.0) под операционные системы Windows 95/98/Me/NT/2000/XP для компьютеров с процесссором Pentium 100 МГц и выше. Она предназначена для вывода на экран графических изображений величин, рассчитанных с помощью программы «Raschet». Программа «Stat» обеспечивает выполнение следующих функций: — выбор имени текстового файла входных величин, рассчитанных с помощью программы «Raschet»; — вывод на экран этих величин в виде точек декартовой прямоугольной системы координат, где по оси X откладываются фазы, а по оси Y - амплитуды комплексных величин; — расчет и вывод на экран математических ожиданий, среднеквадратиче-ских отклонений и коэффициентов корреляции по осям X и Y для точек, принадлежащих одному типу дефекта или эталонному классу; — построение прямоугольных областей для каждого класса, исходя из значений величин, рассчитанных в предыдущем пункте; — построение только выбранных пользователем классов; — построение величин, полученных как разность между величинами двух ортогональных линейно-поляризованных каналов; — использование автошкалы, позволяющей наблюдать графические изображения в оптимальном или заданном масштабе; — вывод на экран справочной информации о построенных величинах.
Экспериментальные измерения амплитудно-фазовых параметров электромагнитного поля
Рассмотрение этих величин представляет большой интерес в связи с тем, что они имеют наименьшие погрешности измерений. Все остальные величины, расчетные формулы которых представлены в главе 2, выражаются через них. Они имеют определенный физический смысл, по-своему характеризуют керамическую плитку, но при этом могут быть представлены просто как преобразование координат исходных измеряемых величин.
В связи с тем, что эти эксперименты различаются только количеством использованных объектов и разными поляризациями, то для удобства их сравнения примем следующее: - здесь и далее для эксперимента «March02» будут рассматриваться результаты лишь для тех керамических плиток (35 штук), которые использовались и в эксперименте «June02»;
- результаты работы программы «Stat» будем отображать раздельно по каналам. Так на рис. 9 представлены результаты, полученные для первого по-ляризационно-ортогонального канала для всех используемых поляризаций, а на рис. 10 - для второго канала. При этом рис. 9 и 10 выполнены в одном масштабе.
Прямоугольные области, изображенные на рис. 9 и 10, предназначены для удобства восприятия. Их центрами являются точки с координатами, равными средним значениям соответствующих величин. Стороны прямоугольников -удвоенные произведения коэффициента 1,73 (аналог квантиля, см. рис. 8) на среднеквадратические отклонения этих величин.
Анализ рис. 9 и 10 показывает следующее: - наибольшее отличие от параметров эталонных плиток имеется у параметров деформированных плиток, а наименьшее - у плиток со сколами; - деформированные плитки отличаются от эталонных, главным образом, по амплитуде; - плитки с трещинами для первого канала отличаются от эталонных, главным образом, по фазе; во втором канале - по амплитуде, что свидетельствует о важности получения двухканальной (поляризационной) информации; - область плиток со сколами, как правило, включает в себя области эталонных плиток и плиток с трещинами, что сигнализирует о наибольшей сложности распознавания именно этого типа дефекта.
Задачей программы «Stat» является лишь отображение (для удобства восприятия) измеряемых величин в виде точек декартовой прямоугольной системы координат и построение областей для эталонных плиток и плиток с различными видами дефектов. Для определения того, является ли измеряемая
Верхние два рисунка представляют собой отображение результатов эксперимента «March02» для первой и второй поляризации. Нижние — эксперимента «June02». Везде по оси ординат - величина А2(х2) в безразмерных единицах, по оси абсцисс - а2 (х2) в градусах. Рис. 10 плитка эталонной или бракованной, определения типа дефекта, а также для расчета ХК (определения местоположения и размеров дефекта) служит ЭС «Радиоконтроль». При работе с АФ параметрами ЭС переводит их в ИП, инвариантные относительно поворота объекта, аналогично тому, как это было показано в разделе 3.4 на примере элементов матрицы рассеяния [см. формулу (3.4.1)]. Рассмотрим 1-й вариант обратной задачи ЭС: «Брак-норма», который является наиболее важным при контроле производства керамических плиток. В разделе 3.4 указывалось, что для измеряемой плитки ЭС выдает решение «брак», если количество ИП, выдавших решение «брак», превышает некоторый порог, определяемый экспериментально на этапе обучения ЭС. Было установлено, что таким порогом является 33% ИП от общего количества используемых ИП (например, 8 из 24 ИП).
Отметим, что аналогично табл. 4, можно отдельно рассматривать эффективности ИП 1-го и 2-го каналов, разных поляризаций и т.д. Однако, такие наборы дают эффективность в пределах 91-100%, и при этом не наблюдается никаких ярко выраженных закономерностей в «отставании» одних наборов ИП от других. С помощью программы «Оптимизация ИП» были найдены лучшие (с максимальной эффективностью) наборы ИП для любого их количества от 1 до 24-х. По результатам ее работы отметим следующее: - максимальная эффективность одного ИП составила 97% для эксперимента «June02» (ИП 2-го типа для сс21) и 94% для эксперимента «March02» (ИП 1 -го типа для аи, Л21, a2J, aul, Аги ); - для эксперимента «June02», начиная с набора из двух ИП, эффективность лучшего набора составила 100%; — для эксперимента «March02», наборы из 2-15 ИП имеют эффектив ность лучшего набора 100%. Наборы из 16-24 ИП имеют эффективность луч шего набора 97%. На рис. 11 показан лучший набор из двух АФ ИП для эксперимента «June02», Рис. 11 получен с помощью режима «Визуализация» ЭС «Радиоконтроль». На рис. 11 можно наблюдать, что область эталонных плиток достаточно хорошо отделена от областей плиток с дефектами. Рассмотрим 2-й вариант обратной задачи ЭС: «Определение типа дефекта». Как уже было упомянуто в разделе 3.4, решение о типе дефекта выносится ЭС в соответствии с решением, выдаваемом большинством используемых ИП.
