научная статья по теме АВТОМАТИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ РАСШИФРОВКИ РАДИАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «АВТОМАТИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ РАСШИФРОВКИ РАДИАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ»

Рентгеновские методы

УДК 620.179.15

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ РАСШИФРОВКИ РАДИАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

С.А. Григорченко, Л.А. Ефименко

Рассмотрена задача автоматизации компьютерной расшифровки радиационных изображений сварных соединений. Описаны основные операции расшифровки. Представленные результаты реализованы в программном обеспечении комплекса "КАРС".

Ключевые слова: база данных (БД), изображение дефекта, классификация, параметр изображения дефекта, поиск, программное обеспечение (ПО), радиационный контроль, радиационное изображение.

Радиационный контроль является одним из основных методов выявления дефектов в металлических сварных соединениях экологически опасных конструкций (трубопроводы, сосуды, работающие под давлением и других). Изображение контролируемого объекта формируется посредством рентгеновского, гамма- или тормозного излучений на радиографической пленке, фосфорной пластине или в памяти компьютера, если применяется устройство радиометрического контроля, непосредственно формирующее цифровое изображение.

Традиционно расшифровку радиационных изображений выполняют вручную с применением компьютера или без него. Если носителем информации является радиографическая пленка, то расшифровку выполняют с использованием негатоскопа, денситометра и измерительных инструментов (вариант без компьютера). Если изображение оцифровано, то расшифровка выполняется на компьютере в программе, которая выводит изображение на экран монитора и предоставляет дефектоскописту необходимый набор ручных операций обработки этого изображения. Оба способа обработки радиационных изображений весьма трудоемки и субъективны. Кроме того, существенным недостатком расшифровки без применения компьютера является нерешенность проблемы долгосрочного хранения радиографических пленок. В настоящее время хранение любой информации, представленной в цифровой форме, включая цифровые изображения, обеспечивается достаточно легко. Для этого создают электронную базу данных, доступ к которой реализуется с помощью одной из современных систем управления БД.

В связи с этим актуальной представляется задача автоматизации компьютерной обработки результатов радиационного контроля, которая позволит частично или полностью устранить отмеченные недостатки.

Указанная задача может быть разделена на три части: формирование цифровых изображений, их архивация и расшифровка. Если носителем информации является радиографическая пленка или фосфорная пластина, то цифровые изображения формируются с помощью соответствующих сканеров. Устройство радиометрического контроля формирует цифровые изображения без использования промежуточных носителей информации. Независимо от способа формирования цифровые изображения должны отвечать требованиям, предъявляемым к ним в соответствующих нормативных документах по проведению радиационного контроля, и, следовательно, должны иметь аналогичные характеристики: геометрическую разрешающую

Семен Алексеевич Григорченко, канд. техн. наук, доцент, начальник экспертного отдела. Некоммерческое партнерство Межотраслевой центр "ВНИИавтогенмаш", Москва. Тел. 8(916) 143-34-54. E-mail: rent_sig@mail.ru

Любовь Айзиковна Ефименко, доктор техн. наук, профессор кафедры "Сварка и мониторинг нефтегазовых сооружений" РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Тел. 8(499) 233-92-17. E-mail: svarka@gubkin.ru

способность, контрастную чувствительность и другие. Операции архивации и расшифровки, с одной стороны, реализуются по одним и тем же алгоритмам, которые не зависят от способа формирования цифровых изображений и в этом смысле являются универсальными. С другой стороны, при расшифровке цифровых изображений, полученных различными способами, необходимо учитывать их особенности. Таким образом, ПО обработки радиационных изображений можно разделить на две слабо зависимые части: обеспечивающее формирование изображений и управляющее соответствующим оборудованием; выполняющее функции архивации и расшифровки изображений. При этом обе части могут быть частями одной программы или различными программами. Второй вариант предпочтительней, так как позволяет разрабатывать разные элементы ПО независимо.

В РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина совместно с ЦНИИТМАШ был разработан комплекс архивации и автоматизированной компьютерной расшифровки радиографических изображений сварных соединений ("КАРС"), который аттестован как средство неразрушающего контроля, а также разрешено его использование для контроля оборудования нефтяной и газовой промышленности, систем газоснабжения и объектов котлонадзора. В состав комплекса входят: персональный компьютер, сканер, принтер и ПО "КАРС" (РФ, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009610394) [1]. "КАРС" обеспечивает формирование цифровых изображений путем сканирования радиографических снимков сварных соединений, а также архивацию и автоматизированную расшифровку этих изображений. ПО "КАРС" может также функционировать в составе комплексов, использующих в качестве носителя информации фосфорные пластины, или совместно с устройствами радиометрического контроля. В таком варианте использования ПО "КАРС" обеспечивает только реализацию функций архивации и автоматизированной расшифровки цифровых радиационных изображений.

Укрупненная структура ПО представлена на рис. 1. Элементы структуры (кроме БД) соответствуют содержательным операциям реализованного алгоритма, стрелки отображают взаимосвязь операций (шагов алгоритма) и частично последовательность их выполнения. Номер, присвоенный элементу структуры, соответствует порядковому номеру операции в алгоритме.

Рис. 1. Структура программного обеспечения.

ПО имеет в своем составе базу данных, которая объединяет различные его элементы в единую программную систему. Информация в БД разделена на справочную и рабочую. В состав справочной информации входит перечень используемой нормативно-технической документации (НТД), информация о типах объектов контроля, категориях (классах) сварных соединений по НТД и соответствующих им (категориям, классам) требуемые чувствительности контроля, типы дефектов, нормы оценки допустимости дефектов, схемы просвечивания, параметры системы формирования изображений и другие. Так как справочная информация хранится в БД и отделена от использующих ее программ, то имеется возможность их настройки с учетом требований конкретного потребителя путем изменения содержимого БД при условии сохранения ее (БД) структуры. Основная рабочая информация включает в себя априорную информацию о контролируемом изделии и всех его сварных соединениях, изображения контролируемых участков, результаты расшифровки изображений и сварных соединений. К основным априорным данным следует отнести, во-первых, тип и размеры конструктивных элементов каждого сварного соединения; во-вторых, технологию контроля (схему просвечивания, требуемую чувствительность контроля, нормы оценки допустимости дефектов и другие). Дефектосокопист вводит априорные данные или выбирает их из справочников до начала ввода и записи в БД изображений участков контроля. Расшифровку изображения выполняют только после его записи в БД, так как при этом устанавливается связь между изображением и описанием соответствующего сварного соединения.

В ПО "КАРС" реализованы следующие основные операции расшифровки радиационных изображений сварных соединений:

поиск, определение размеров и классификация изображений одиночных дефектов и их (дефектов) оценка;

поиск скоплений изображений дефектов (ИД) и их (скоплений дефектов) оценка;

поиск и оценка наихудшего участка сварного соединения; оценка качества сварного соединения в целом;

выпуск заключения о качестве одного или нескольких сварных соединений. Первой операцией расшифровки является операция поиска ИД. Эта задача на радиационном изображении объекта контроля решается как задача обнаружения полезного сигнала в смеси, состоящей из фона, полезного сигнала и шума [4], которая достаточно хорошо изучена. При построении обнаружителей используют априорную информацию об идеальном сигнале и процессе формирования наблюдаемого сигнала. В связи с этим следует отметить ряд отличий рассматриваемой задачи от классических задач обнаружения:

наблюдаемое изображение представляет собой двумерный сигнал, то есть функцию двух пространственных координат;

наличие ненулевого, неоднородного изображения фона, характер изменения которого определяется формой объекта контроля;

заранее неизвестный, широкий диапазон изменения параметров ИД; сложный, обусловленный множеством факторов, механизм формирования измерительного шума.

Перечисленные выше отличия, с одной стороны, усложняют решение рассматриваемой задачи, с другой — должны быть учтены в алгоритме обнаружения.

К основным параметрам, характеризующим ИД, следует отнести максимальный размер (длину), максимальный размер изображения дефекта в направлении, перпендикулярном отрезку максимального размера (ширину), и контраст (максимальный или средний). По значениям перечисленных параметров ИД целесообразно разбить на три группы: изображения крупных,

обычных и протяженных слабоконтрастных дефектов. При этом в группу крупных включают ИД, ширина которых соизмерима с размерами объекта контроля. Например, для стыковых кольцевых сварных соединений ширину изображения дефекта следует сравнивать с половиной средней ширины изображения сварного соединения. Такие ИД обладают высоким контрастом и соответствуют, как правило, очень крупным усадочным раковинам, прожогам, свищам, порам или неметаллическим включениям. Особенность поиска изображений крупных дефектов состоит в том, что их трудно отделить от изображения фона, если использовать информацию об их размерах. В группу протяженных слабоконтрастных включаются ИД, у которых длина в три и более раз больше ширины, а контраст соизмерим с отклонениями изображения фона с учетом измерительного шума. Такие изображения могут иметь место, например, при наличии слабозаметных трещин или непроваров. ИД, которые не попадают в группы крупных и протяженных слабоконтрастных, образуют группу обычных, которые характеризу

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»