Архив

Tag Archives: ut

Я просмотрел вебинар Олимпус про программу для автоматического анализа данных, собранных приборами с поддержкой технологии фазированных решеток.

Ниже кратко его содержание:

Проблема технологии фазированных решеток в том, что данные можно собрать быстро, но завязнуть в их анализе, что дорого обходится.

Кроме того уже на позднем этапе может выясниться что данные контроля не вполне качественные (потери контакта или данных, смещение точки входа относительно шва).

Предложенное программное обеспечение позволяет:

  • оценивать потерю акустического контакта и потери данных, размечает дефекты или, во всяком случае, зоны на которые следует обратить внимание.
  • помогает снизить влияние человеческого фактора и дать возможность заказчику применять аудит.
  • Основная функция программы — автоматически определять места с дефектами для данных секторного сканирования, причем с настаиваемыми порогами чувствительности.
  • Предполагается, что достигается существенное увеличение скорости анализа данных.
  • При автоматическом анализе данных индикации присваивается степень достоверности — дефект это или артефакт, то есть не идет речи о принятии решения о дефектности за оператора.
  • Поддерживается обработка сразу для заданного большого количества данных, например — всех швов, проконтролированных за смену. При этом можно указать что на выходе швы сортируются по степени дефектности.
  • Что удобно — выполняется разметка файла для просмотра в программе анализа данных, но также создается и xls файл с полным описанием данных, дефектограммой, наложено на теоретический чертеж шва, анализ качества исходных данных.
  • Пока программа работает только для секторного скана и только для V-образных швов толщиной от 5 до 25 мм. Дальнейшие доработки алгоритма в планах.

 

Замечания:

В вебинаре не приводятся ссылки на отчеты о валидации предложенного автоматического алгоритма. По видимости он построен просто на поиске индикаций с амплитудой, превышающей заданную в определенной области, описываемой заданными параметрами сварного шва.

Определенный недостаток предложенной технологии в том, что она работает только для родных данных Omniscan Olympus.

Кроме того, пока не поддерживается анализ данных TOFD, а в то же время на практике для принятия решения часто необходимо рассматривать и данные секторного скана и TOFD.

Кроме того, определение высоты и протяженности выполняется только по методу минус 6 дБ, что противоречит применяемым нередко на практике подходам к определению высоты по сигналам дифракции и протяженности на контрольном уровне или на уровне шумов.

Отмечу что пока не знаком с успешными результатами применения нейросетей и прочего Machine Learning для анализа данных ультразвукового контроля. Любые сведения о внедрении таких алгоритмов были бы полезны.


Автоматический анализ данных в системах ООО «НПЦ «ЭХО+»

Путь, которым пошла наша компания (ООО НПЦ «ЭХО+») при разработке такого программного обеспечения еще в начале 2000-х годов — добиваться более качественного изображения (разнообразной фильтрацией и сглаживанием, применением когерентной обработки), а затем программа повторяет действия оператора, оперируя терминами контуров на двухмерных изображениях.

Определенные успехи были достигнуты в разработке алгоритмов поиска и определения размеров дефектов в аустенитных сварных соединениях Ду300, получаемых системой с SAFT-обработкой данных АВГУР. Кстати, вывод данных в формате excel с рисованием дефектограммы также был реализован еще в начале 2000-х годов.

Позже при разработке системы ультразвукового контроля рельсов в пути был разработан алгоритм, который не только обнаруживал дефект в различных частях рельса (головка, шейка, подошва, болтовое отверстие), но и определял его код и размеры. Результаты испытаний показали высокую точность работы алгоритма.

В 2015-2016 году в программное обеспечние для анализа данных, полученных системами серии АВГУР внедрены модули автоматического:

  • оценки качества акустического контакта;
  • проверки наличия пропусков в данных;
  • выявление и определения размеров и типа несплошности в сварных швах.

Алгоритм автоматического поиска дефектов был протестирован и испытан на сварных швах толщиной 110-150 мм, обработка данных выполнялась по технологии цифровой фокусировки антенны (ЦФА, TFM).

Поскольку программное обеспечение системы АВГУР позволяет просматривать и обрабатывать данные, собранные с применением дефектоскопов различных изготовителей, возможности программного обеспечения по автоматизации анализа данных могут найти свое применение у различных заказчиков.

Необходимо только — указать требования к качеству собранных данных, алгоритм определения размеров дефектов (выбрать из нескольких стандартных вариантов) и критерии приемки. Для настройки алгоритма желательно иметь несколько сканов на валидационных образцах.

 

Литература по теме:

  • Бадалян В.Г. Оценка результатов контроля по акустическим изображениям. —  Дефектоскопия, 2007, №4, с. 39-58. [pdf]
  • Бадалян В.Г. Погрешность измерения дефектов с использованием систем с когерентной обработкой данных. — Дефектоскопия, 2003, №3, стр.12-23. [pdf]
  • А.Е. Базулин, С.А. Коколев, Д.С. Тихонов. Аттестация системы и методики ультразвукового контроля с полным циклом автоматизации,  10-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия 16-19 мая 2017 г. [pdf]

 

 

 

Реклама

The customer has set a task to provide the AUT of the fusion line of two parts made from austenitic steel. The thickness of the part was about 150 mm. The obligatory conditions were:

• application of the phased array flaw detector already owned by the customer, the device had only 16 active channels for focusing.

• detection of a 1 mm FBH and measurement pf defects dimensions with high accuracy (~ 1 mm)

The task could be solved with the help of straight-beam probe, providing XY-scanning and SAFT-type coherent processing. For example of such approach see the paper.

However, in order to satisfy the customer’s requirements for the use of a phased arrays flaw detector, the following tricks were required:

— create the focal laws, simulating 15 transducers with different angles of incidence of the longitudinal wave;

— the data acquired while scanning with a 0,4 mm step and processed to the coherent SAFT-type method;

— process all the data coherently and obtain an image with high resolution (on the image below — simple PA image for one position and PA+SAFT processed image);

— it was necessary to create a special algorithm for calibrating the parameters of the phased array operating in such an unusual mode, the calibration was performed at the SDH

The required sensitivity and measurement error was achieved.

There was one problem — the image of the FBH looked not round, but oval because of the lack of focusing in the plane perpendicular to the incidence plane. With the use of a straight beam probe with a round plate, this problem would not arise. In this case, the procedure had to include an additional scanning with phased array rotated by 90 °.

Ультразвуковые толщиномеры требуют указания скорости звука в объекте контроля при настройке по СОП.

1
В то же время, если ставится задача измерения скорости в объекте контроля (например для определения напряженно-деформированного состояния), то необходимо знать его толщину.

Что делать когда ни толщина ни скорость звука в объекте точно не известны, а их необходимо определить одновременно?

Решение может состоять в применении для сбора данных антенных решеток, работающих в режиме Full Matrux Capture (FMC) — перебор всех комбинаций излучатель-приемник. На первом этапе выполняется сбор данных. На втором этапе выполняется математическая обработка — с помощью алгоритма оптимизации вычисляются оптимальные значения толщины и скорости звука, которые соответствуют временным задержкам для экспериментально измеренных эхосигналов.

Таким образом в сущности решается задача минимизации методом наименьших квадратов по трем неизвестным (толщина, скорость звука продольной и поперечной волны) с заведомо избыточным количеством исходных данных (число комбинаций соответствует квадрату числа элементов в антенной решетке).

Достигнутая на образцах точность достигает 0,5 %.

При решении практических задач ультразвукового контроля нередко перед разработчиками возникают задачи, касалось бы не имеющие решения. Выходящие за пределы возможностей традиционно применяемых оборудования и методик. Желание решить задачу изящно требует научного поиска, который в ряде случаев приводит к неожиданному применению имеющегося дефектоскопа, образца, преобразователя.

 

Я сделаю ряд заметок под названием Дефектоскопические истории с тем чтобы поделиться интересными находками, наблюдениями.

При отладке системы, реализующий метод TOFD, столкнулись со странным явлением: при установке ПЭП на образец из стали 20 уровень шума по отношению к амплитуде головной волны был приемлем, но при установке на образец из стали для изготовления роторов амплитуда шума существенно возрастала. Мало того, помеховые импульсы не уменьшались при усреднении и появлялись до сигнала головной волны.

 

 

Сейчас даже странно об этом говорить, но мы не сразу догадались, что проблема в слишком большой частоте посылки импульса возбуждения, а поскольку затухание в роторной стали оказалось существенно ниже чем в стали 20, то сигналы объемной реверберации, связанные с предыдущей посылкой зондирующего импульса попадали в интересующую область.

 

Конечно, сразу возникла идея, что если требуется усреднение по нескольким реализациям, то следует добавить случайную задержку перед посылкой каждого импульса. Тогда все полезные сигналы будут складываться в фазе, а помеховые сигналы от предыдущих посылок будут то запаздывать, то отставать.

 

Исследования, проведенные на моделях показали что решение эффективно.

TOFD

 

Возникла мысль запатентовать идею, однако умные люди такой подход уже продумали… http://www.freepatent.ru/patents/2517774

 

Так что если стоит задача сохранить высокую частоту посылок зондирующего импульса и применять усреднение сигналов — стоит задуматья о том, чтобы к задержке между импульсами добавлялась случайная величина не менее чем ширина импульса.

weld_rootНа форуме дефектоскопистов всегда актуальный тред о том, как сварщики пытаются укрывать дефекты сварных швов.

 

В ход идет:

  • подварка выходящих на поверхность дефектов, поэтому на серьезных стройках за несанкционированными подварками особый присмотр;
  • пропитывание скипидаром от капиллярного контроля;
  • полив сварного шва соленой водой для образования коррозии, а в момент контроля соответственно нужно эту ржавчину очистить тем самым попутно забивая поверхностные поры;
  • сварные швы с уменьшенным катетом просто промазали шпатлёвкой и покрасили.

 

Эти методы, годятся для визуального контроля. С ультразвуковым и радиографическим контролем шутить сложнее.

Есть мнение, что при нагреве металла до 1000 градусов и охлаждении позникает более крупнозернистая структура и мелкие дефекты на фону шумов не выявляются. Ну, с другой стороны кому надо прятать мелкие дефекты…

Самый экзотический способ пожалуй: «Был случай в Узбекистане, сварщик на газопроводе, перед приездом дефектоскопистов, нас…л на стык, думал побрезгуют проверять, а дефектоскопист была женщина, так эта дама заставили стык с мылом отмыть «.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

iris_knn

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%.

http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/10417.html

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.
http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/12163.html

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.
http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/11193.html
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.
http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/12095.html
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.
http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/11227.html

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.
http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/11467.html

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
http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/12418.html

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.
http://www.ndt.net/wshop/forum/messages-1/12366.html

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