Tag Archives: ut

С удивлением обнаружил, что ужасно модная штука под названием machine learning это примерно то что я изучал на 3-5 курсах своей кафедры математической кьебирнетики на факультете прикладной математики.


Классическая картинка про классификацию

Все эти двойственные задачи, функционалы, регуляризация, нейросети и проч и проч.

А я то еще думал тогда — ну как то это все не очень актуально. А тут вон как — ни в поисковиках, ни в информационных системах, ни в диагностике уже шагу не ступить без перцептрона. А уж про финансовый скоринг и вовсе не говорю =)

При прохождении курса на Coursera проникся программированием на python в режиме командной строки. То есть конечно не проникся, для меня это жуткая рутина и линейность. А вот помню мой одногруппник Костик так любил командную строку и всякие регулярные выражения, что даже mp3-проигрыватель у него на ноутбуке управлялся в текстовом режиме.

Если серьезно, то я рассчитываю на то что подходы с обучением, классификацией и распознаванием образов помогут и в нашей работе в области автоматизированного ультразвукового контроля.

Насколько я знаю в области вихретокового контроля есть алгоритмы автоматической классификации. Но там интересно то что у сигнала в каждой точке можно анализировать и амплитуду  фазу. То есть как минимум два легко выделяемых признака есть.

В области ультразвука можно помимо амплитуды анализировать и фазу тоже на самом деле (в режиме TOFD), а также размеры бликов, их взаимное положение.

Также тестируется сейчас решение задачи с автоматическим распознаванием формы дна при проведении ультразвуковой толщинометрии, есть в планах и задача по распознаванию контуров сварного соединения по изменению «структуры» изображения наподобие приложенной ниже картинки.

2016-02-19 17-32-52 Анализ данных Авгур-5E ( 130.) - [.. 110-2 05.02.2016 14 23(5) 1NS 12.02.2016 12 22(Нормировка данных Ц




Дифракционно-временной метод (Time of Flight Diffraction) пока не применяется широко в России, но в мире уже давно шествует с успехом.

Схема TOFD

Схема TOFD

Хочу поделиться коллекцией полезных ссылок касательно нюансов применения этой технологии.

Позаимствовано в основном с сайта NDT.net

Образмеривание TOFD и сравнение с радиографией

Contributor Suresh on ndt.net writes:
However, over the last 20 years, TOFD has probably been used more in validations, round robin trials et cetera than any other NDT technique. From this, we have established that TOFD is probably the most accurate sizing technique for embedded defects presently available to the world. A recent test for a major oil company we did on some 30 rootcracks in thin walled material, which were compared to physical measurements after destructive testing showed a mean error on height sizing for TOFD of 0.27 mm with a standard deviation of 0.7 mm. The X-Ray results obviously did not give any height measurement. On the length measurement the accuracy of TOFD was 2.6 mm, with a standard deviation of 4.5 mm. For X-Ray the accuracy of the length measurement was -19 mm (undersized) with a standard deviation of 43.5 mm. By the way, X-Ray only revealed 55% of the cracks, whereas TOFD found 97%.


Проверка показателей назначения по ASME 2235-9

The method of sizing (vertical extent?) for CC2235-9 for examining pressure vessels with a thickness over 13 mm needs to be qualified (demonstrated). It states in i)(3) Flaw Sizing. Flaws shall be sized in accordance with a procedure demonstrated to size similar flaws at similar material depths. Alternatively, a flaw may be sized by a supplemental manual technique so long as it has been qualified by the demonstration above.

Калибровка мертвой зоны
If I were to bet, this thread is the longest and most frequently asked question with respect to ToFD.
Dead zone — the interval following the excitation pulse in which potential exchoes are obscured by ringdown — is a property of BOTH the probe and the instrument. The response of any transducer is highly dependent on how it its pulsed. Changing pulse energy, type (spike, square wave, or tone burst), and damping, as well as receiver gain and filtering, will have a significant effect on the excitation pulse ringdown envelope and hence on dead zone length. As others have suggested, your best approach is to simply measure it under your actual test conditions using appropriate reference blocks.
The «missed data» would be the dead zone. This is not actually a function of the wall thickness but instead, the ring time equivalent depth of the pulse. Frequency, probe spacing and angle used can all be factors. A simple calculator is provided as a download on NDT.net to estimate the Dead Zone heights associated with TOFD setups. Go to http://www.ndt.net/article/v10n06/ginzel/ginzel.htm
For it to be 1/3 wall thickness the specimen you are working with is probably very thin.
Наименьший выявляемый дефект с TOFD

In clean low carbon steel I have “detected” pores on the order of 0.2mm diameter using a 5MHz TOFD. That is on the order of 5-6 times smaller than the wavelength! But when the same TOFD technique is applied to austenitic stainless steel with grain size on the order of 50-100 microns, the scatter makes it virtually impossible to detect anything but the largest of flaws. Grain size in chrome stainless steels are typical of this order of magnitude. (see http://www.ultrasonic.de/abstract/wcndt96/data2/165.htm)

Properties of the materials tested (not just the alloy, since an alloy may be made in many forms of different grain sizes) and the purpose of the test will be critically important factors when considering the answer to your question. We can discuss “theoretical” limits to “detections”; but in UT (including and especially in TOFD) the response of the indication of concern over the background scatter noise from grain structure will be crucial. If you are expecting to RELIABLY “detect” flaws smaller than the grain size you will probably not be successful. The lateral wave will cause you problems at the lower end of thicknesses due to the dead zone (but I have seen shear wave TOFD used on 4mm wall in fine grained zirconium tubing). Thick sections (200-300mm) can also be tested by TOFD but accumulation of scatter increases with increasing soundpaths. In all cases the signal to noise ratio you can achieve will be the limiting factor for practical use of TOFD.

Сравнение сигналов от непроваров и шлаковых включений

LOF being a planar defect will tend to have a fast rise and fall time, and a short pulse duration. Slag is a volumetric defect and tends to have a slow rise and a long duration. Both defects can cause a beam redirection to the OD or the ID. Also, please realize that as with radiography, you can have several people look at a radiograph and make a slag or a LOF call, and sometimes not all will be in agreement. The same will hold true with UT and Phased Array. If the indication plots to the weld fusion line this probably is side wall lack of fusion. If the indication plots to the weld centerline, line this is probably Slag. Plus, you still analyze Rise and Fall and Pulse Duration.

Code Case 181
A lot people were searching for the actual code case 181 for ToFD. John O’Brien gave the URL to be as http://cstools.asme.org/csconnect/pdf/CommitteeFiles/15243.pdf on the page

TOFD как образ жизни =)

Rohit Bafna of TCR Engineering Services wrote:
We perform ToFD Services in India and Saudi Arabia and have a two member team. The first team member does the scanning (we are doing ToFD projects as per API 650 appendix u, Code case 181 for piping as well as code case 2235-9) while the second person has a manual UT machine with him. Prior to the start of any project we give out two documents:
— Procedure for examination
— ToFD operating guide for inspectors which illustrates the step by step machine operations. It also includes the timelines of work during the day. For example we prefer to do the scanning in the morning and reporting in the afternoon.

Применение TOFD c использованием фазированных антенных решеток

C. Brillon, T. Armitt, O. Dupuis. TOFD Inspection with Phased Arrays. 17th World Conference on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China

Я надеюсь в будущем перевести эти фрагменты и дополнять их новыми.

А вот наш доклад на Территории NDT — 2014, включающий в себя результаты изменения профиля толщины под валиком усиления с применением TOFD

В 11 версии программы моделирования CIVA введена возможность применения расчетов по конечноэлементным моделям (код ATHENA).

Данная возможность существенно увеличивает достоверность при анализе сложных картин, включающих все типы волн, многократное перерассеивание и прочие подобные явления.

Видео с сайта дистрибьютора помимо демонстрации возможностей CIVA позволяет насладиться незабываемым Frenglish.

Рубрику «Дефектоскопические истории» предложил в свое время для журнала «Дефектоскопия» И.Н. Ермолов. Нередко на практике дефектоскописты сталкиваются с неожиданными явлениями. которые затем находят свое объяснение при более детальном рассмотрении. Так в статье И.Н. Ермолова и В.Н. Данилова (Почему она увеличивается? , 2001 год)  описан случай, когда при пальпации двугранного угла смоченным в масле пальцем амплитуда эхосигнала не уменьшается, а напротив, увеличивается.

Тема «Неожиданный ультразвук» была задана для конференции УЗДМ-2013, думается, с подачи другого гуру ультразвука — А.К. Гурвича. Анатолий Константинович тоже склонен интересно подавать материал. Чего стоит только начало статьи » Осторожно! Угол ввода луча a=70° (Гурвич А.К., Кузьмина Л.Г., Николаев С.В.. В Мире НК, №4 (34), 2006 ): «В апреле 1961 года в дни первого полета Юрия Гагарина в космос…»

Одним словом, здорово, когда о работе можно писать с задором и с романтичным настроем.

Я попробую продолжить собирать интересные истории и случаи, связанные с ультразвуковой дефектоскопией и ультразвуком вообще.

Толщина сала у свиней

Отличный энциклопедический справочник Й. и Г. Крауткремеров наряду с описанием природы ультразвука, методов ультразвукового контроля в машиностроении, содержит и курьезный на взгляд неспециалиста (да и специалиста тоже) раздел «Контроль толщины сала». С немецкой педантичностью разъясняется, насколько важно знать толщину сала у животных. Также отмечено, что «... целесообразно загнать животное в узкий проход или в клетку, чтобы при неподвижном животном можно было получить неподвижное изображение на экране«.


Измерение толщины сала

Но мало того. В истории ультразвука опять же И.Н. Ермоловым описан случай, когда кусок сала был пущен в ход в качестве контактной среды при прецизионном измерении затухании ультразвука в металле. Игорь Николаевич много лет испытывал разные подходы к решению этой задачи, в частности подготовил обзор (Дефектоскопия, 1995, № 7).  Один из методов измерения предполагает измерение соотношения амплитуд эхосигналов, отраженных от границы «задержка-сталь» и донного сигнала. И когда измерения проводились на криволинейной поверхности трубы идеальным материалом для задержки оказался кусок «хорошо просоленного украинского сала». Обеспечивается эластичность, волновое сопротивление, близкое к воде и не портится довольно долго. Особенно если хранить такой преобразователь в холодильнике.

Акустическая хирургия фокусированным ультразвуком.
Идея существует давно, но сейчас при использовании ЯМР как инструмента для наблюдения удается делать хириргическую операцию только кликая мышкой.
Можно делать операции на мозге, суставах и т. д.
Грустно только, что такую технологию можно применить для массовых операций, по типу описанных в предпоследней главе «Мы» Замятина. Кто знает — не выжгут ли вам область, отвечающую за фантазию при следующем медосмотре…

Трассировка лучей и метод лучевых трубок в CIVA

Программа моделирования ультразвукового контрлоя CIVA в отличие от ряда других систем моделирования использует трассировку лучей только для визуализации результатов, а расчеты поля основаны на теории лучевых трубок.

Лучи при трассировке исходят из центра преобразователя, распространяются в объекте с учетом свойств границ раздела сред. Для лучшего понимания характера распространения можно включить показ пучка лучей.

CIVA Ray Tracing CIVA Ray Tracing
Визуализация луча и пучка лучей

Эти инструменты предназначены для визуализации пути распространения ультразвукового луча. Они используются для построения В-сканов в истинных координатах.

Модели расчет  поля основаны на теории лучевых трубок , в которой рассмотривается распространение во всех средах при распространении лучевой трубки из источника. На каждой границе учитывается коэффициент прохождения, ослабления, связанного с расхождением и преломлением (закон сохранения энергии).

CIVA Ray Tracing Pencil

Представление метода лучевых трубок

Поле, излученное всем преобразователем вычисляется как сумма полей элементарных источников на поверхности пьезопластины. Метод позволяет определять время пробега, трансформации типов волн и амплитуды лучей.

Для расчета амплитуды и фазы отраженного от несплошностей поля используются приближения Кирхгофа, Борна и геометрической теории дифракции.

Пример расчета В-сканов от вертикальной трещины (слева) и двух боковых отверстий (справа) — демонстрация учета изменения фазы сигнала дифрации от верхнего и нижнего конца внутренней вертикальной трещины

По материалам официального сайта CIVA и материалам верификации программы CIVA в НТЦ ЯРБ

Мы в компании давно начали собирать ряд полезных формул для ультразвукового контроля в специальным образом отформатированный excel файл. Признаться, у меня была идея когда-нибудь оформить этот файл аккуратно и выложить в сеть, не только для пользы отрасли, но и рекламы для.

Однако, эти «когда-нибудь» ни к чему хорошему не приводят и хорошая идея на полке долго не залеживается. Представляю вам проект, выполненный австралийской фирмой ATTAR.

Здесь: ссылка можно загрузить ряд полезных файлов-калькуляторов для практиков ультразвукового контроля (см. раздел NDT Training Aids Ultrasonics).

Здесь имеется возможность рассчитать импедансы и коээфициенты прохождения/отражения для различных сред, визуализировать отражение/преломление по закону Снеллиуса, оценить размеры фокусного пятна ПЭП, определить схемы контроля сварных соединений с применением традиционных ПЭП, фазированных антенных решеток и методом TOFD.


Полезна также возможность оценить зону контроля при хордовом прозвучивании цилиндрических объектов.

Есть даже простенький симулятор ручного контроля — для тренировки дефектоскопистов. Конечно в сравнении с программами для моделирования УЗК типа CIVA это смотрится наивно, но основные параметры контроля и их влияние на результаты можно попробовать оценить и здесь:


В целом начинание хорошее, но явно есть еще над чем работать.

Например, пригодился бы калькулятор с формулами акустического траката, полученными И.Н. Ермоловым.