Способ моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов



Способ моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов
Способ моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов
Способ моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов

 

G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2594368:

ЮРОПИАН АЭРОНОТИК ДЕФЕНС ЭНД СПЕЙС КОМПАНИ ЭАДС ФРАНС (FR)

Использование: для моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют контролируемые параметры, связанные с положением зонда в пространстве, и генерируют связанные с контролируемыми параметрами синтетические сигналы, соответствующие операции неразрушающего контроля, при этом указанное генерирование синтетических сигналов частично обусловлено конфигурацией, генерируемой генератором конфигурации, которая представляет собой виртуальный макет конструкции, и устанавливают соответствие между контролируемыми параметрами и синтетическими сигналами. Технический результат: обеспечение возможности обучения операторов для осуществления сложных операций неразрушающего контроля. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к способу моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов.

Изобретение касается операций неразрушающего контроля. Оно относится к категории имитаторов, работающих на таком же принципе, что и рабочие имитаторы, такие как имитаторы полета или имитаторы поста управления ядерными электростанциями, но его применяют также к операциям неразрушающего контроля.

Уровень техники

В настоящее время существует первая потребность, связанная с оценками вероятности обнаружения (английское сокращение: POD или ′′Probability of Detection′′), относящимися к процедуре контроля. Применяемый в настоящее время полностью экспериментальный подход представляет собой очень дорогостоящую задачу (порядка 200 тысяч евро), которая требует изготовления большого числа деталей, имеющих типичные дефекты и позволяющих выработать статистику обнаружения посредством анализа результатов осмотров, осуществляемых множеством контролеров.

В настоящее время разрабатываются методики выработки кривых POD с использованием данных, полученных в результате моделирования, но их недостатком является отсутствие учета человеческого фактора поведения, который может оказывать существенное влияние на статистику обнаружения (усталость, доступ, считывание с экрана, интерпретация/диагностика …).

Соответственно существует потребность в количественном определении эффективности обнаружения при помощи программ автоматической диагностики.

В настоящее время существует также вторая потребность, связанная с обучением операторов для осуществления сложных операций неразрушающего контроля на репрезентативных деталях. Высокая стоимость авиационных деталей, а также сложность в воспроизведении реалистических дефектов, в изменении их характеристик (геометрия, положение) затрудняют и даже делают невозможной подготовку операторов в рабочих условиях. Таким образом, имитатор мог бы позволить обучать контролеров CND в реалистических условиях и представить им самые разнообразные дефекты и рабочие аварии. Это позволило бы существенно повысить надежность осмотров, а также обеспечить хорошее обучение процедурам.

Наконец, существует также потребность в проверке достоверности и сложности применения процедур, а также их чувствительности к рабочим условиям, то есть в их качественном определении. Это позволяет разработать процедуры в реалистических условиях в фазе конструкторской разработки и заранее определить характеристики обнаружения, прежде чем перейти к установлению POD (вероятности обнаружения) для получения файла обоснования.

Целью является повышение надежности неразрушающего контроля CND во время фаз изготовления или технического обслуживания при приемлемых затратах.

Из уровня техники известна методика оценки кривых POD (вероятности обнаружения) посредством экспериментального подхода.

Оценка кривых POD вытекает из статистического анализа результатов осмотров на совокупности репрезентативных дефектов в конструкции, являющейся объектом процедуры.

Дефекты образца должны быть распределены в диапазоне размеров, который охватывает размеры очень редко обнаруживаемых дефектов и размеры чаще всего обнаруживаемых дефектов.

Получают данные, отображающие результат осмотра (количественного или двоичного) в зависимости от характеристического размера дефекта (фиг.1а). После статистического анализа получают кривые типа кривой, показанной на фиг.1b.

Критерии статистической репрезентативности предполагают наличие большого количества конструктивных образцов. Рекомендации MIL-HDBK-1823 (которые можно найти по следующему адресу URL: http://mhl 823.com/mh1823/MIL-HDBK-1823A(2009).pdf) указывают, по меньшей мере, на шестьдесят конструктивных элементов, содержащих дефекты, и дополнительно на пятнадцать образцов, не имеющих дефектов, чтобы контролировать степень ложных тревог.

Из уровня техники известны также оценки кривых POD, основанные на моделированиях.

Методология состоит в определении погрешностей на входных параметрах программы моделирования операции контроля (например, CIVA), чтобы смоделировать вариативность результатов осмотра (выходные данные моделирования).

Современные решения имеют следующие ограничения:

- с одной стороны, полностью экспериментальный подход является исключительно дорогим и ограничивает число доступных данных в статистике и/или репрезентативность образцов, используемых для серии испытаний (например, использование отрезков вместо панелей, установленных на конструкции);

- с другой стороны, полностью моделируемый подход не позволяет вводить реалистическую модель человеческого поведения, что сказывается на возможности охвата погрешностей, вызывает сомнения в достоверности результатов и в возможности их применения. Кроме того, одной из больших трудностей этого подхода является определение погрешности на входе моделирования с целью генерирования вариативности непосредственно на выходах.

Раскрытие изобретения

Изобретение призвано устранить недостатки известных решений и предложить способ моделирования неразрушающего контроля с использованием синтетических сигналов.

В связи с этим в своем самом общем смысле изобретение касается способа моделирования неразрушающего контроля при помощи, по меньшей мере, одного зонда, согласно изобретению он содержит следующие этапы:

- измерение контролируемых параметров, в частности, связанных с положением указанного зонда в пространстве; и

- генерирование синтетических сигналов, соответствующих операции неразрушающего контроля.

Согласно варианту осуществления указанное генерирование синтетических сигналов частично обусловлено конфигурацией, генерируемой генератором конфигурации, которая представляет собой виртуальный макет конструкции.

Предпочтительно указанный виртуальный макет конструкции дополняют введением дефектов и/или изменением свойств конструктивных элементов.

Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы являются измеряемыми сигналами.

Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы являются измеряемыми и изменяемыми сигналами.

Предпочтительно указанные сигналы изменяют по весовому коэффициенту, по усилению в зависимости от времени и/или в зависимости от передачи.

Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы являются имитируемыми и/или моделируемыми сигналами.

Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы представляют собой комбинацию:

- измеренных и, возможно, измененных сигналов; и

- имитированных и/или моделированных сигналов.

Согласно варианту указанные синтетические сигналы измеряют в соответствующих зонах конструкции с учетом данных, связанных с реальным положением указанного зонда в пространстве.

Предпочтительно указанные синтетические сигналы измеряют в соответствующих зонах конструкции с учетом данных, связанных с регулировками, осуществляемыми оператором.

Согласно варианту осуществления измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют посредством простого кодирования.

Согласно варианту осуществления измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют посредством простого оптического кодирования.

Согласно варианту осуществления измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют при помощи устройств, включающих в себя гироскопы.

Изобретение относится также к устройству для осуществления вышеупомянутого способа.

Способ в соответствии с изобретением имеет следующие преимущества:

- он позволяет использовать только одну репрезентативную конструкцию (потенциально в реальных условиях), не имеющую дефектов. Дефекты вводят в моделирование при помощи генератора конфигурации (виртуальный макет), и оператор может контролировать N раз конструкцию с N виртуальных дефектов, разных и/или расположенных в разных местах конструкции;

- он позволяет получать сигналы на основании обратной реальной информации (например, проблема ультразвуковой связи);

- он позволяет произвольно изменять различные параметры, связанные:

i) с дефектами: положение, геометрия,

ii) с самой конструкцией: изменение толщины на противоположной стороне, наличие элементов жесткости, ненормальное присутствие стального крепления среди ряда титановых креплений,...

iii) с осмотром: искажение регулировочных значений при тесте на реакцию оператора.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания варианта выполнения изобретения, представленного в качестве примера, со ссылками на чертежи.

Фиг.1а иллюстрирует пример данных POD (вероятность обнаружения), и фиг. 1b показывает кривую POD.

Фиг.2 - принципиальная схема способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - примеры синтетических сигналов.

Осуществление изобретения

В рамках изобретения предложено решение, которое позволяет реализовать имитатор неразрушающего контроля CND, на котором операторы реально осуществляют смотр, но при этом интерпретируют синтетические сигналы.

Сигналы, отображаемые на экране устройства контроля (оборудованного персональным компьютером PC), называются синтетическими, так как они не являются (в точности) сигналами, записанными считывающей картой используемого инструмента.

Эти сигналы могут, например, представлять собой:

- измеряемые сигналы;

- измеряемые и изменяемые сигналы (например, весовой коэффициент, усиление в зависимости от времени, в зависимости от передачи …);

- имитируемые и/или моделируемые сигналы;

- комбинацию измеряемых (и, возможно, изменяемых) сигналов и имитируемых/моделируемых сигналов.

Эти сигналы должны быть максимально реалистическими и соответствовать сигналам, которые могут быть измерены в соответствующих зонах конструкции с учетом данных:

- реального положения зонда в пространстве; и

- регулировок, осуществляемых (считываемых) оператором.

На фиг.2 представлена принципиальная схема способа в соответствии с изобретением: в данном случае производят рабочий осмотр. В зависимости от параметров, связанных с рабочим осмотром (регулировки, положение зонда, измеряемый сигнал …), и в зависимости от определения геометрии конструкции и от текущей конфигурации (дефекты, введенные генератором конфигурации) происходит генерирование сигналов. В зависимости от результата осмотра (сигнал, значение, картография …) принятие решения осуществляет оператор или автоматически программа, и, наконец, производится диагностика. В зависимости от конфигураций контроля генерируемые сигналы могут выводиться напрямую (в реальном времени) на экран контрольного прибора или поступать в программу, отвечающую за сбор данных, с целью последующей обработки для диагностики.

Способ в соответствии с изобретение включает в себя, в частности, три следующих этапа:

- измерение контролируемых параметров, связанных с положением зонда (или датчика) в пространстве;

- синтез сигналов, связанных с контролируемыми параметрами (включая зонд) и дефектов;

- установление соответствия между контролируемыми параметрами и сигналами через генератор конфигурации (виртуальный макет и дефект(ы)).

Генерирование синтетических сигналов обусловлено:

- измеренными контролируемыми параметрами;

- конфигурацией, генерированной «генератором конфигурации», которая представляет собой виртуальный макет (DMU) конструкции, причем макет DMU можно дополнить введением дефектов и/или изменением свойств конструктивных элементов (толщина деталей, геометрия на задней стороне, материал). Этот элемент можно сравнить с программным элементом, изменяющим параметры какой-либо части в видеоиграх.

Третьим важным элементом осуществления изобретения является установление связи между этими тремя подсистемами для обеспечения хорошей текучести при выведении синтетических сигналов на экран.

Измерение параметров «положение датчика» зависит от сложности операции осмотра, в частности от числа степеней свободы зонда:

- зонд перемещается в плоскости: две степени свободы, при этом достаточным является простое кодирование (двухосные автоматы);

- зонд перемещается по неплоской поверхности, но не может поворачиваться, или его вращение не влияет на измерение: можно использовать простое оптическое кодирование для определения его положения (х, у, z);

- зонд перемещается в пространстве с большим числом степеней свободы (х, у, z, Rx, Ry, Rz): можно применять сложные устройства, включающие в себя гироскопы (например, камеры и оптические метки на зонде, …).

На входе модуля генерирования синтетических данных можно использовать другие данные, например:

- параметры регулировки прибора, которые можно извлекать непосредственно из считывающей карты прибора;

- реально измеренные сигналы (или их часть), которые тоже можно извлекать непосредственно из считывающей карты прибора;

- конфигурация конструкция-дефект, выдаваемая генератором конфигурации.

На другом этапе генерируют синтетические сигналы, которые соответствуют текущей операции неразрушающего контроля CND, которую осуществляет оператор. Эти сигналы выводятся в реальном времени (или в записи) на экран контрольного прибора.

Таким образом, у оператора создается впечатление, что выводимые на экран сигналы являются реально измеряемыми сигналами.

Синтез сигналов широко применяют в музыкальной акустике, например, для цифровых инструментов. В данном случае разработаны два подхода. В первом случае цифровой инструмент «проигрывает» предварительно записанные ноты, извлекаемые из базы данных, чтобы генерировать реалистический акустический сигнал, в другом случае в синтетических сигналах используют моделированные сигналы с применением физических моделей инструмента.

Согласно этому же принципу можно синтезировать сигналы, соответствующие ответу на операцию неразрушающего контроля CND. Наиболее сходный случай относится к ультразвуковому контролю, в результате которого получает сигналы акустической эхографии конструкций. Вместе с тем, эту концепцию можно без ограничения применять для электромагнитных или радиографических сигналов.

Синтезированные сигналы можно, например, генерировать, используя:

- сигналы, предварительно измеренные и записанные в базу данных;

- моделированные сигналы;

- комбинацию реальных и моделированных сигналов, в частности, используя ответ дефекта, сначала смоделированный, затем интегрированный в реальный сигнал;

- сигналы (реальные или моделированные), прошедшие обработку (например, фильтрацию при пористости); и/или

- интерполяцию между двумя сигналами (реальными или синтетическими) для точного воспроизведения размытости, в частности, по краю дефектов.

На фиг.3 представлены примеры синтетических сигналов.

Этот синтез сигналов позволяет позиционировать «виртуальные» дефекты в любом месте конструкции и для любой возможной геометрии.

Связь между параметрами осмотра и синтетическим сигналом обеспечивают очень просто, используя приборы контроля, оборудованные, по меньшей мере, одним компьютером PC, который позволяет установить прямую связь между:

- считывающей картой;

- устройством измерения положения датчика в пространстве; и

- виртуальным макетом,

- модулем синтеза сигналов.

Факультативно можно применять интерактивность между оператором и измерительным прибором, например, для автоматического ввода результатов осмотра (обнаружение, амплитуда, размерность). Эту интерактивность можно обеспечить при помощи интерфейса ШМ (интерфейс человек-машина) измерительного прибора.

Изобретение может быть использовано любым изготовителем, применяющим неразрушающий контроль CND, или центрами подготовки и аттестации операторов CND с целью:

- осуществления оценок кривых PMD (вероятность обнаружения) в реалистических условиях и с небольшими затратами;

- применения и усовершенствования процедур контроля;

- подготовки операторов CND; или

- аттестации операторов CND в рабочих условиях.

Способ в соответствии с изобретением можно также применять для оценки эффективности диагностики при помощи программ анализа с использованием генерирования синтетических сигналов, содержащих вариативные дефекты (синтетические картографии).

Представленное выше изобретение описано в качестве примера. Специалист может реализовать различные варианты изобретения, не выходя за рамки патентной защиты.

1. Способ моделирования неразрушающего контроля конструкции при помощи по меньшей мере одного зонда, содержащий этапы, на которых:
измеряют контролируемые параметры, связанные с положением указанного зонда в пространстве;
генерируют связанные с контролируемыми параметрами синтетические сигналы, соответствующие операции неразрушающего контроля, при этом указанное генерирование синтетических сигналов частично обусловлено конфигурацией, генерируемой генератором конфигурации, которая представляет собой виртуальный макет конструкции; и
устанавливают соответствие между контролируемыми параметрами и синтетическими сигналами.

2. Способ по п. 1, в котором контролируемые параметры, связанные с положением указанного зонда в пространстве, измеряют при помощи устройств, включающих в себя гироскопы.

3. Способ по п. 1, в котором указанный виртуальный макет конструкции дополняют введением дефектов и/или изменением свойств конструктивных элементов.

4. Способ по п. 1, в котором указанные синтетические сигналы являются измеряемыми сигналами.

5. Способ по п. 1, в котором указанные синтетические сигналы являются измеряемыми и изменяемыми сигналами.

6. Способ по п. 5, в котором указанные сигналы изменяют по весовому коэффициенту, по усилению в зависимости от времени и/или в соответствии с функцией передачи.

7. Способ по п. 1, в котором указанные синтетические сигналы являются имитируемыми и/или моделируемыми сигналами.

8. Способ по п. 1, в котором указанные синтетические сигналы представляют собой комбинацию:
измеренных и, возможно, измененных сигналов; и
имитированных и/или моделированных сигналов.

9. Способ по п. 4, 5 или 8, в котором указанные синтетические сигналы измеряют в соответствующих зонах конструкции с учетом данных, связанных с реальным положением указанного зонда в пространстве.

10. Способ по п. 4, 5 или 8, в котором указанные синтетические сигналы измеряют в соответствующих зонах конструкции с учетом данных, связанных с регулировками, осуществляемыми оператором.

11. Способ по любому из пп. 1, 3-8, в котором измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют посредством простого кодирования.

12. Способ по любому из пп. 1, 3-8, в котором измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют посредством простого оптического кодирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для температурной компенсации в устройстве CMUT. Устройства CMUT используют во многих применениях, например, ультразвукового формирования изображения и измерения давления.

Изобретения относятся к медицинской технике, а именно к средствам применения ультразвука для бережного и быстрого нагревания образца. Способ анализа образца с использованием ультразвукового преобразователя состоит в управлении ультразвуковым преобразователем по меньшей мере на двух частотах, включающих в себя основную частоту и по меньшей мере одну альтернативную частоту, причем ультразвуковой преобразователь приводится в работу на основной частоте для генерации ультразвуковых волн, которые подлежат передаче внутрь образца, и на одной из альтернативных частот для генерации тепла в ультразвуковом преобразователе вследствие поглощения электрической мощности ультразвукового преобразователя, причем тепло используется для нагревания образца вследствие проводимости тепла, генерируемого в ультразвуковом преобразователе.

Использование: для измерения коэффициента затухания ультразвуковых волн (УЗВ) в различных средах. Сущность изобретения заключается в том, что на первую поверхность образца устанавливают первый преобразователь, совмещенно подключенный к дефектоскопу, измеряют амплитуду второго донного импульса, устанавливают на противоположной поверхности образца соосно первому второй преобразователь, не подключенный к дефектоскопу, измеряют амплитуду первого донного импульса, подключают второй преобразователь к дефектоскопу взамен первого, не меняя положения преобразователей относительно контролируемого образца, измеряют амплитуду первого донного импульса, снимают с образца первый преобразователь, измеряют амплитуду второго донного импульса и по соотношению измеренных амплитуд судят о величине коэффициента затухания.

Использование: для определения формы индикатрисы рассеяния дефекта при ультразвуковом контроле. Сущность: заключается в том, что выполняют регистрацию пространственной огибающей эхо-сигналов от дефекта по точкам с известными координатами х точки выхода луча ПЭП и вычисляют нормированную функцию огибающей, которая связана с формой индикатрисы рассеяния, пространственную огибающую рассчитывают по времени прихода эхо-сигналов в произвольных точках.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средству оценки рентгеновского изображения. Фантом содержит пластинчатый элемент, имеющий на виде в плане четырехугольную форму и содержащий несколько областей, обладающих разными коэффициентами поглощения рентгеновского излучения.

Использование: для оценки скорости поперечной волны. Сущность изобретения заключается в том, что средневзвешенное положение во времени рассчитано на основании замеров сдвига поперечных волн вдоль пути распространения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды. Заявлен способ определения теплового потока (dQ/dt), исходящего от теплонесущей текучей среды (12), которая представляет собой смесь по меньшей мере двух различных текучих сред и которая протекает через пространство (11) потока от первого положения, где она имеет первую температуру (Т1), ко второму положению, где она имеет благодаря этому тепловому потоку (dQ/dt) вторую температуру (Т2), которая ниже, чем упомянутая первая температура (Т1).

Изобретение относится к области акустического анализа пористых материалов и может быть использовано для исследования образцов керна. Согласно предложенному способу определения скорости распространения акустических волн в пористой среде облучают по меньшей мере два образца пористой среды, имеющих разную длину, акустическими волнами, возбуждаемыми источником.

Использование: для анализа экологического состояния морской среды. Сущность изобретения заключается в том, что оптоакустический анализатор экологического состояния среды содержит импульсно-модулированный лазер, выходное окно которого направлено в сторону исследуемого образца, и регистрирующие акустические сигналы акустические пьезоприемники, при этом он снабжен оптоакустической ячейкой, состоящей из входной и выходной призм, между которыми образована кювета для исследуемого образца среды, а на внешней поверхности выходной призмы установлены два акустических пьезоприемника, один из которых расположен на оси линии, проведенной через центр облучаемой области перпендикулярно к оси лазера, а второй расположен под углом 50-80 градусов к этой оси.
Изобретение относится к строительству, а именно к способам контроля качества укладки бетонной смеси, и может быть использовано при операционном контроле качества выполнения строительно-монтажных работ при бетонировании бетонных и железобетонных конструкций.
Наверх