Акустические методы
УДК 620.179.16
ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ ПО АКУСТИЧЕСКИМ
ИЗОБРАЖЕНИЯМ
В.Г. Бадалян
Рассмотрены общие принципы построения томографических изображений, которые формируются системами с когерентной обработкой данных; проанализированы их характерные особенности.
1. ВВЕДЕНИЕ
Автоматизированные системы у. з. контроля все более широко используются при неразрушающем контроле потенциально опасных объектов. Их применение дает хорошие результаты с точки зрения объективности обнаружения дефектов, определения их координат, условной протяженности и эквивалентных размеров [1, 2]. Этими же преимуществами обладают и автоматизированные системы с цифровой когерентной обработкой данных. Особенностью таких систем является возможность дополнительного определения реальной длины, высоты и, если это необходимо, профиля дефекта за счет когерентной обработки данных. Характерным представителем таких приборов являются системы серии Авгур.
Одним из ключевых этапов эксплуатации таких систем является процедура оценки полученных акустических изображений с целью определения типа дефектов и измерения их реальных размеров. При обычном контроле оценка его результатов, определение важности деталей изображения, особенности поведения эхосигналов и изображений дефекта, его амплитуды, положения в шве и т. д. в значительной степени зависят от компетенции специалиста, осуществляющего контроль и оценивающего полученные результаты. Это связано с двумя обстоятельствами: во-первых, приходится решать обратную задачу — по измерениям акустического поля, отраженного или рассеянного несплошностью, а как известно, обратные задачи — это часто некорректные задачи, которые могут не иметь единственного решения. Во-вторых, акустические изображения несплошности чаще всего слабо коррелируют со своим оптическим образом. Поэтому роль специалиста, оценивающего результаты на основе некоторых правил и опыта, представляется очень важной.
В работе рассмотрены возможности классификации несплошностей по их когерентным изображениям, полученным с помощью систем серии Авгур, которые используют основные, устойчивые признаки, характеризующие несплошность. Заметим, что основные признаки несплошностей, характерные для когерентных изображений, полученных системами серии Авгур, справедливы и для когерентных изображений, полученных с привлечением других томографических систем у. з. контроля, таких как, например, системы с фазированными антенными решетками [3, 4], либо использующих SAFT обработку данных [5].
2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТОМОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ С КОГЕРЕНТНОЙ ОБРАБОТКОЙ ДАННЫХ
Особенности изображений, формируемых в результате обработки данных, в значительной степени зависят от особенностей их регистра-
Владимир Григорьевич Бадалян, докт. техн. наук, зам. генерального директора по научным вопросам НПЦ "Эхо+". Тел. (095) 196-76-15. E-mail: ovg@echoplus.ru
ции системами неразрушающего контроля. Мы рассмотрим их на примере системы с когерентной обработкой данных серии Авгур. Регистрация данных в ней осуществляется при двумерном сканировании ПЭП для получения трехмерного изображения с высоким разрешением за счет применения когерентных алгоритмов обработки данных с последующей оценкой параметров несплошности. Используя двумерное сканирование, можно получить данные о рассеянном поле двумя способами. Первый способ — томографический (послойная регистрация данных). Второй способ — подробная регистрация рассеянного поля в двумерной области.
Применение каждого из этих способов регистрации данных требует различных режимов сканирования и использования различных типов акустических преобразователей.
Томографическая регистрация данных предполагает регистрацию данных в контролируемом объеме сварного шва (изделия) в виде набора слоев, каждый из которых представляет собой запись акустического поля в координатах X (перемещение преобразователя по координате X) — время (рис. 1). Здесь акустический преобразователь перемещается с малым шагом Д/ ~ А./5 перпендикулярно сварному шву (ось X), как показано стрелкой, тогда как перемещение вдоль сварного шва (ось У) осуществляется с большим шагом А /?. Пространственное расстояние между слоями должно быть таково, чтобы слои рассматривать как независимые. Однако для увеличения достоверности контроля обычно шаг АИ между слоями выбирается ~Ь/3, где Ь — размер пьезо-элемента. Поэтому используются ПЭП с узкой, характерной для де-
Рис. 1. Томографическая схема регистрации данных, принятая в системах серии Авгур.
фектоскопии, диаграммой направленности в плоскости (У2) и широкой, характерной для когерентной обработки, — в перпендикулярной плоскости (XI).
Другой способ регистрации данных предполагает измерение рассеянного акустического поля в двумерной области с шагом ~Х/5 по двум взаимно перпендикулярным направлениям (по осям X и У). При этом существенно возрастают требования к системе сканирования, так как в этом случае малый шаг необходимо обеспечить по обеим осям; акустические преобразователи должны иметь широкую диаграмму направленности во всех направлениях. Полученные по этим данным изображения имеют максимальное разрешение по всем трем пространст-
венным осям. Однако это приводит не менее чем к 30-кратному возрастанию времени регистрации и объема регистрируемых данных по сравнению с послойной регистрацией данных; требуются специальные способы хранения, структурирования; возможности быстрого доступа и просмотра данных. Кроме того, резко возрастают требования к применяемому компьютеру с точки зрения быстродействия, объема оперативной памяти. Выигрыш в надежности оценки параметров дефек-
Изображение В-типа Ах
▼ Z
Рис. 2. Схема формирования изображений в системе Авгур.
тов по их изображениям, полученным при трехмерной регистрации и при послойной регистрации, весьма неочевиден. Поэтому обычно при выполнении работ в промышленности используется томографическая регистрация данных.
Изображения, подлежащие анализу, в соответствии со структурой зарегистрированных данных представляют собой набор изображений B-типа, из которых формируются изображения С- и D-типа. Схема формирования изображений различного типа по данным послойной регистрации рассеянного акустического поля в системе с когерентной обработкой данных Авгур приведена на рис. 2. Подчеркнем, что изображение B-типа имеет высокое разрешение по осям X (определяется когерентной обработкой данных) и Z (определяется длительностью зондирующего импульса); изображения С-типа и D-типа, являясь комбинированными изображениями, имеют высокое разрешение по осям X, Z и низкое разрешение вдоль оси Y, определяемое шагом сканирования Ah.
На врезках рис. 2 приведен схематичный вид дефекта в виде подповерхностной трещины для разных типов изображений.
3. ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТОМОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
ДЕФЕКТОВ В СИСТЕМАХ С КОГЕРЕНТНОЙ ОБРАБОТКОЙ ДАННЫХ
Как уже отмечалось, акустические изображения дефектов мало похожи на их оптический образ, что связано с большой длиной используемых акустических волн, условиями дифракции и отражения акустичес-
ких волн на неоднородностях, ограничениями алгоритмов восстановления изображений, методикой регистрации данных. Вместе с тем, если
а
| Т*Ь и»*-»| С*.г ото^м Г4 полн|1пд ».и]
Рис. 3. Изображения дефектов, близкие к их оптическому образу:
а — изображение трещины в основном металле в области радиусного перехода, справа приведена фотография этой трещины, соответствующая В-типу изображения, стрелкой отмечен дефект; б— изображение стресс-коррозии, справа приведена фотография этой трещнны на поверхности, соответствующая С-типу изображения, сплошные линии — границы контролируемого объекта, штриховые — разделка сварного шва.
размеры несплошностей значительно больше длины звуковой волны и расположены благоприятно с точки зрения регистрации рассеянного ими акустического поля, изображения дефектов могут быть весьма близки к своему оптическому образу.
На рис. 3 приведены примеры изображений таких дефектов1, полученные с применением системы Авгур 4.2. На рис. За изображена В- и С-типа трещина, локализованная в области радиусного перехода вблизи сварного шва. Здесь же приведена фотография поперечного сечения этой трещины в масштабе 1:1, растущей из области радиусного перехода (нижний левый угол фотографии). На рис. 36 приведено изображение В- и С-типа стресс-коррозионной трещины в трубопроводе диаметром
'Изображения получены П.Ф. Самариным и Д.С. Тихоновым.
1200 мм. Справа для сравнения дана фотография поверхности контролируемого объекта, содержащего стресс-коррозионную трещину в масштабе, соответствующем восстановленному образу. Необходимо отметить, что акустическое изображение трещины, не повторяя буквально вид трещины с фотографии, тем не менее сохраняет ее характерные особенности, которые остаются и на глубине 9 мм, которой соответствует акустическое изображение.
Приведенные изображения дефектов, хорошо коррелирующие со своим оптическим образом, скорее исключение, чем правило. В подавляющем большинстве случаев они мало похожи на свой оптический образ. В качестве примера на рис. 4 приведено типичное изображение контролируемого объема сварного шва с аустенитной наплавкой, полученное после когерентной обработки данных, наблюдается изображение протяженного дефекта, расположенного на границе сварной шов — основной металл. Здесь представлены изображения В- и Б-типа и приведена схема разделки сварного шва (сплошные линии). Оси X и У направлены перпен-
Рис. 4. Изображение протяженного дефекта: В-типа (слева), О-тнпа (справа), 1 — шумы аустенитной наплавки. 2 — нестабильность акустического контакта, сплошные контуры — разделка сварного шва, штриховая линия — граница аусте-нитная наплавка — основной металл.
дикулярно и вдоль сварного шва соответственно, координата 2 определяет глубину залегания неоднородности относительно внешней поверхности трубопровода. Область аустенитной наплавки характеризуется повышенным уровнем структурного шума.
На рис. 4 также видны дополнительные факторы, которые необходимо учитывать при анализе изображени
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.