ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ
INSTRUMENTATION FOR CALIBRATION OF ULTRASONIC TESTING DEVICE

Настоящее изобретение относится к области неразрушающего контроля металлургических изделий, в частности профилированных отрезков значительной длины, как правило, от нескольких метров до нескольких десятков метров.
Для лучшего понимания настоящего изобретения, оно описывается в контексте трубных изделий в целом, в частности, труб в качестве примеров металлургических изделий. И даже в этом случае, настоящее изобретение, как подразумевается, имеет более широкое применение.
Широкое применение имеют трубы большой длины. В качестве сфер применения можно упомянуть, например, производство электроэнергии, где применяются так называемые «котловые» трубы, добычу нефти и газа, где применяются трубы для бурения, извлечения и транспортировки («трубопроводы»), или механические сооружения как в гражданском строительстве, так и в автомобильной и авиационной отраслях.
Подобно большинству металлургических изделий, трубы подвержены дефектам, связанным с их изготовлением, таким как, например, включения вещества в сталь или недостаток вещества. Обычно какая-либо неоднородность в стальной матрице проявляется как несовершенство, несущее ответственность за ухудшение механической прочности трубы в эксплуатации.
Поэтому металлические трубы контролируют сразу же после их изготовления не только с целью обнаружения в них каких-либо дефектов, но также, если это применимо, с целью определения сведений, являющихся полезными для оценки уровня опасности данных дефектов, в особенности их размеров, их глубины, их положения, их сущности или даже их ориентации.
При изготовлении большого количества труб требуется провести контроль большей их части наиболее достоверным образом. Некоторые производители в данной отрасли, такие как заявитель, выполняют проверку каждой изготовленной трубы по отдельности.
Поэтому контроль трубы представляет собой один из этапов ее изготовления, такой же, как другие, более традиционные этапы, в особенности профилирование.
По той причине, что они оказывают влияние на производственный ритм, используемые способы контроля должны быть экономичными и быстрыми, в то же время по-прежнему оставаясь надежными. Было бы желательно иметь в наличии практичные автоматические способы контроля.
В частности, могут использоваться методики контроля с использованием ультразвуковых волн. Ультразвуковые волны вынуждают распространяться в контролируемой трубе, и среди результирующих отраженных сигналов ищут те, которые не связаны с геометрией трубы. Включения или недостаток вещества составляют изменения в пределах среды распространения волны, и поэтому они при столкновении с ними ультразвуковых волн порождают отраженные сигналы. Эти изменения можно рассматривать как несовершенства.
Интенсивность отраженного сигнала, порожденного несовершенством, зависит от угла, под которым на него падает волна. Для одного направления распространения ультразвуковой волны в трубе, в первую очередь, обнаруживают несовершенства, ориентированные соответствующим образом, т.е. перпендикулярно направлению распространения, но с некоторым допуском порядка одного или двух градусов.
На практике несовершенства не являются исключительно продольными или поперечными, но они испускают более или менее существенный отраженный сигнал в одном или другом из этих направлений. Ориентация несовершенства может быть привязана к его наибольшей поверхности отражения.
Несовершенство, возвращающее отраженный сигнал с амплитудой, превышающей пороговое значение, известно как дефект. С данным дефектом автоматически связано значение ориентации, которое может быть выведено из направления контроля.
Например, в данной области техники любое несовершенство, в ответ на соответствующую ориентацию съемки порождающее отраженный сигнал с амплитудой, превышающей предварительно определенное значение, называется продольным дефектом. Данное пороговое значение устанавливается при помощи калибровки. Традиционно используются эталонные дефекты, или стандартные дефекты, или надрезы в известном, чаще всего стандартизованном положении (по глубине и ориентации) и со стандартизованными размерами, которые были выполнены в образце трубы.
Длительность контроля, в первую очередь, зависит от времени, необходимого для прохождения ультразвуковыми волнами пути в трубе в прямом и обратном направлении, и, до некоторой степени, от времени обработки зарегистрированных отраженных сигналов.
Для приведения в соответствие производственного ритма и безопасности, стало традицией ограничение количества ультразвуковых съемок и поиск лишь некоторых дефектов, обладающих определенными конкретными ориентациями в каждой трубе.
Традиционно, требуется обнаружить наиболее часто встречающиеся дефекты, обычно - дефекты, параллельные образующей трубы.
Текущие разработки в данной области техники включают способы, дополнительно делающие возможным обнаружение дефектов с разной ориентацией и, в тоже время, по-прежнему ограниченных в количестве съемок с целью сохранения приемлемого ритма контроля.
Например, из документа WO 2003/50527 известно устройство неразрушающего контроля металлургических изделий, в котором используется одномерный датчик, относящийся к типу «фазированной решетки». Каждый элемент данного преобразователя возбуждается однократно, а затем устройство обработки данных анализирует полный отклик трубы на единственную эмиссию, которая известна в данной области техники как «съемка». На основании съемки, осуществленной в поперечном направлении трубы, можно определить не только присутствие дефектов, расположенных перпендикулярно данному направлению, но также дефектов, обладающих наклоном от -20° до +20° по отношению к данному перпендикулярному направлению.
На практике используют три датчика: два датчика предназначены для обнаружения дефектов, ориентированных продольно и обладающих наклоном от -20° до +20° по отношению к данному продольному направлению, и один вспомогательный датчик для обнаружения дефектов, ориентированных перпендикулярно трубе, и/или для измерения толщины трубы.
Также из документа FR 3 000 212 на имя заявителя известно ультразвуковое устройство контроля, делающее возможным контроль металлургического изделия посредством обнаружения в нем дефектов при любой их ориентации. В рассматриваемом устройстве используется один датчик, возбуждаемый уменьшенное количество раз, что позволяет поддерживать хороший ритм контроля.
В частности, при помощи данного единственного датчика и ограниченного количества съемок можно обнаруживать поперечные дефекты, также известные как «круговые дефекты», т.е. дефекты, проходящие перпендикулярно образующей трубы, продольные дефекты, проходящие вдоль данной образующей, и дефекты, образующие любой заданный угол с образующей трубы, подлежащей контролю. Выигрыш в производительности и надежности очевиден.
Контроль труб на наличие дефектов во множестве ориентаций или в любой заданной ориентации включает изучение отклика трубы на ультразвуковые волны, распространяющиеся по соответствующим направлениям, отличающимся друг от друга для того чтобы охватить все возможные ориентации.
Это значительно усложняет калибровку устройства контроля по меньшей мере по причине необходимости во внесении поправок в пороговое значение, обычно представляющее собой одно значение для каждого контролируемого направления.
Количество стандартных дефектов, или надрезов, которые необходимо выполнить в образце трубы прямо зависит от количества контролируемых направлений: при отсутствии симметрии для данных направлений, теоретически необходимо иметь в наличии столько надрезов, сколько имеется контролируемых направлений, в то время как взаимная симметрия направлений контроля делает возможным использование одного надреза для калибровки устройства контроля по двум направлениям контроля.
Даже при таком условии, контроль труб с целью обнаружения дефектов в любой заданной ориентации в настоящее время требует наличия образца трубы, содержащего множество надрезов, что делает затруднительным его изготовление и поэтому является чрезвычайно затратным. В качестве примера, в настоящее время используют образец трубы, содержащий семьдесят два надреза, а именно: тридцать шесть надрезов на наружной поверхности трубы с постоянным наклоном по отношению к образующей трубы, и столько же - на внутренней поверхности. Кроме того, чем больше имеется надрезов, тем более длительной и сложной является калибровка, в особенности по той причине, что требуются ручные операции, такие как, например, установка датчика в определенном положении относительно надрезов.
Настоящее изобретение предлагает улучшение ситуации.
Предлагается модуль для содействия калибровке устройства для контроля металлургических изделий, содержащий запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения данных в форме пар «значение/угол», при этом каждая пара соответствует амплитуде отклика на ультразвуковой контроль в направлении металлургического изделия, соответствующем указанному углу, и вычислительное устройство, выполненное с возможностью выполнения функции обработки в отношении сохраненных данных. Данные организованы в первый набор данных, относящийся к многонаправленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом пары из первого набора соответствуют амплитудам отклика на ультразвуковые контроли в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя, и второй набор данных, относящийся к направленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом второй набор данных содержит для направленного отражателя по меньшей мере одну пару, соответствующую амплитуде отклика на ультразвуковой контроль по одному рабочему направлению отражателя. Функция обработки приспособлена для установления третьего набора данных посредством интерполяции пар из первого набора данных и второго набора данных, при этом пары из третьего набора соответствуют стандартным амплитудам для ультразвуковых контролей в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя.
В предложенном модуле используются данные, измеренные для ультразвуковых контролей, выполненных в отношении многонаправленного отражателя и одного или нескольких направленных отражателей. В нем используется меньше направленных отражателей, чем имеется направлений, подлежащих калибровке: направления контроля, не соответствующие какому-либо рабочему направлению направленного отражателя калибруются при помощи амплитуд, измеренных для соответствующего рабочего направления с использованием многонаправленного отражателя. Это делает возможным использование направленных отражателей, в частности надрезов, в качестве стандартных дефектов, геометрические характеристики которых, вероятно, могут являться предметом спецификации, в то же время, с сокращением их количества. Это делает возможным использование для калибровки множества направлений контроля одного или нескольких стандартных дефектов вне зависимости от их ориентации в трубе.
Также предлагается способ содействия калибровке устройства контроля для металлургических изделий. Способ включает следующие этапы:
- сохранение первого набора данных в форме пар «значение/угол», при этом первый набор данных относится к многонаправленному отражателю в металлургическом изделии, и пары «значение/угол» из первого набора данных соответствуют амплитудам отклика на ультразвуковые контроли в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя, которые соответствуют указанному углу,
- сохранение второго набора данных в форме пар «значение/угол», при этом второй набор данных относится к направленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, и второй набор данных содержит для направленного отражателя по меньшей мере одну пару «значение/угол», соответствующую амплитуде отклика на ультразвуковой контроль по одному рабочему направлению отражателя, которое соответствует указанному углу,
- установление третьего набора данных в форме пар «значение/угол» посредством интерполяции пар из первого набора данных и второго набора данных, при этом пары из третьего набора данных соответствуют стандартным амплитудам для ультразвуковых контролей в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя.
Наконец, предлагается компьютерный программный модуль, выполненный с возможностью совместного действия с вычислительным блоком с целью образования предложенного выше модуля.
Другие характерные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания и прилагаемых графических материалов, на которых:
- на фиг. 1 и 2, соответственно, в видах спереди и сбоку показано устройство контроля для металлургических изделий;
- на фиг. 3 показаны стандартные дефекты первого типа в образце трубы на виде сверху;
- на фиг. 4 и 5 показан стандартный дефект второго типа в образце трубы, соответственно, в виде сверху и в виде в сечении по линии V-V;
- на фиг. 6 схематически показан модуль для содействия калибровке устройства контроля для металлургических изделий;
- на фиг. 7 показана схема последовательности операций, иллюстрирующая калибровочную функцию, которая может быть использована в модуле, показанном на фиг. 6;
- на фиг. 8 показана схема последовательности операций, иллюстрирующая функцию статистической обработки, которая может быть использована в модуле, показанном на фиг. 6;
- на фиг. 9 показана схема последовательности операций, иллюстрирующая сравнивающую функцию, которая может быть использована в модуле, показанном на фиг. 6;
- на фиг. 10 показана схема последовательности операций, иллюстрирующая интерполирующую функцию, которая может быть использована в модуле, показанном на фиг. 6;
- фиг. 11 аналогична фиг. 10 и относится к другой моделирующей функции;
- на фиг. 12 показана схема последовательности операций, иллюстрирующая преобразующую функцию, которая может быть использована в модуле, показанном на фиг. 6;
- на фиг. 13 показана схема последовательности операций, иллюстрирующая извлекающую функцию, которая может быть использована в модуле, показанном на фиг. 6;
- на фиг. 14 показан график, на котором проиллюстрирована надежность модуля, показанного на фиг. 6;
- фиг. 15 аналогична фиг. 14.
Графические материалы и приложения содержат элементы конкретного свойства. Таким образом, их можно использовать не только для описания, но, в случае необходимости, также и для определения изобретения.
Обратимся к фиг. 1 и 2.
Устройство контроля, в котором используются ультразвуковые волны, содержит испытательный стенд 1, обеспечивающий опору для металлической трубы 3, подлежащей контролю, и ультразвуковой датчик 5, помещенный у периферийной поверхности трубы 3 и соединенный с электронными средствами 6 управления и обработки. Ультразвуковой датчик 5 в данной области техники иногда называется «преобразователем».
С целью контроля, датчик 5 и труба 3 смещены по спирали друг относительно друга. В данном случае, труба 3 смещается относительно испытательного стенда 1 посредством спирального перемещения вокруг оси, соответствующей ее продольной оси, тогда как датчик 5 поддерживается в своем положении относительно испытательного стенда 1. Испытательный стенд 1 может быть снаряжен вращающимися роликами, наклонными по отношению к продольной оси трубы 3.
Как вариант, труба 3 может обеспечиваться вращательным движением лишь относительно испытательного стенда 1, тогда как датчик 5 скользит в продольном направлении испытательного стенда 1. Датчик 5 может быть установлен на тележке, выполненной с возможностью перемещения относительно испытательного стенда 1. В еще одном варианте датчик 5 способен вращаться вокруг трубы 3, в то время как последняя совершает поступательное перемещение относительно испытательного стенда 1.
Относительное спиральное перемещение между датчиком 5 и трубой 3 делает возможным контроль всей трубы 3 при помощи датчика 5 уменьшенного размера по сравнению с окружностью трубы 3. В качестве замены можно предусмотреть большое количество датчиков, расположенных на внешней окружности вокруг трубы 3 и обеспечивающих последовательность съемок, гарантирующую охват при скольжении трубы 3 относительно датчика 5.
Связующую среду, или «контактную среду», между датчиком 5 и периферийной поверхностью трубы 3 в данной области техники можно заменить средой, например, в форме геля. В одном варианте указанное устройство может содержать камеру, заполненную водой или любой другой связующей средой, в которую погружены труба 3 и датчик 5.
Данное устройство предназначено для контроля трубы 3 с целью проверки на наличие дефектов с разными ориентациями один относительно другого, в особенности с любой заданной ориентацией. Направление контроля соответствует ориентации выявляемых в трубе 3 дефектов.
Для контроля трубы 3 по разным направлениям контроля, можно выполнить несколько ультразвуковых съемок: каждая ультразвуковая съемка состоит в генерировании с помощью датчика 5 ультразвуковых волн, которые распространяются в трубе 3 по направлению, соответствующему направлению контроля. Также можно использовать устройство, относящееся к типу, описанному в заявке на патент Франции № 3 000 212, которое делает возможной контроль трубы по нескольким разным направлениям с использованием одной ультразвуковой съемки.
Для того чтобы иметь возможность отличить в откликах трубы 3 отраженные сигналы, являющиеся результатом дефектов и являющиеся результатом несовершенств, устройство контроля нуждается в калибровке для каждого из направлений контроля.
Например, указанное устройство предназначено для контроля трубы 3 на наличие дефектов любой заданной ориентации посредством контроля 72 направлений, распределенных по 360°: направления контроля являются наклонными одно относительно другого с угловым шагом 5°.
Обратимся к фиг. 3-5.
Для того чтобы откалибровать устройство контроля для металлургических изделий с использованием ультразвуковых волн, такое как устройство, относящееся к типу, описанному в отношении фиг. 1 и 2, это устройство используют в отношении образца изделия, или эталонного изделия, при этом в настоящем документе контролю с точки зрения контроля изделий подвергается образец трубы. Например, место трубы 3, описанной в связи с фиг. 1 и 2, занимает образец трубы.
Образец трубы имеет значения диаметра и толщины, аналогичные модели трубы. Кроме того, образец трубы может быть изготовлен из такого же материала или по меньшей мере из материала, аналогичного модели, как правило, из стали той же марки или марки, принадлежащей той же группе марок. Обычно модель трубы предназначена для практического применения, для которого предназначен материал трубы и термообработка, которой он подвергается. В частности, образец трубы позволяет выполнять проверку условий, изложенных в разделе 6, озаглавленном «Reference tube», стандарта EN ISO 10893-10, в особенности в разделах 6.1.3 и 6.1.4, или т.п.
На практике для каждого применения традиционно предусматривается по меньшей мере один образец трубы.
Данный образец трубы снабжен продолговатыми надрезами первого типа, или первыми надрезами, совместно обозначенными ссылочной позицией 7. Продолговатые надрезы 7 выполнены в стенке образца трубы со стороны наружной поверхности 9 (внешние надрезы) или внутренней поверхности 10 (внутренние надрезы) последней. Каждый из первых надрезов 7 имеет соответствующую ориентацию в трубе. Эта ориентация определяется, например, относительно образующей 11 образца трубы. Ориентация надреза может определяться наклоном его продольной оси относительно образующей 11 образца трубы в плоскости, касательной по отношению к наружной поверхности последнего.
Соответствующие ориентации первых надрезов 7 в данном случае таковы, что эти надрезы 7 являются равномерно наклонными друг относительно друга так, что они охватывают в образце трубы диапазон углов приблизительно 180°. Первые надрезы 7 равномерно распределены в том, что касается углов, так, что они охватывают конкретный угловой сектор, в данном случае - 180°. Образец трубы содержит, например, четыре внешних надреза 7, ориентированных следующим образом:
- первый надрез, или продольный надрез 13, проходящий вдоль образующей 11 образца трубы, т.е. угол Alpha_1 наклона которого относительно данной образующей близок к 0;
- второй надрез, или первый косой надрез 15, проходящий по направлению, наклоненному на угол Alpha_2 17, в данном случае - приблизительно 45°, относительно образующей 11 образца трубы;
- третий надрез, или поперечный надрез 19, проходящий перпендикулярно образующей 11 образца трубы, или под углом Alpha_3 21, близком к 90°; и
- четвертый надрез, или второй косой надрез 23, проходящий по направлению, наклоненному на угол Alpha_4 25, в данном случае - приблизительно 135°, относительно образующей 11 образца трубы.
За исключением соответствующей ориентации в образце трубы, первые надрезы 7 аналогичны друг другу, в особенности в отношении их глубины, их поперечного сечения и их длины, что упрощает калибровку.
Размеры первых надрезов могут быть заданы техническими условиями, в частности техническими условиями, установленными покупателем труб. По умолчанию, как и в описанном в настоящем документе случае, первые надрезы 7 могут относиться к типу, описанному в стандарте EN ISO 10893-10, в особенности в разделе 6, или т.п.
Более того, образец трубы снабжается по меньшей мере первым отверстием, выполненным в его стенке и выходящим на наружную поверхность 9 или внутреннюю поверхность 10 трубы. По глубине первое отверстие проходит по меньшей мере на 5% толщины трубы. В настоящем документе первое отверстие принимает форму радиального отверстия 27 круглого сечения. Кроме того, радиальное отверстие 27 в настоящем документе выходит на внутреннюю поверхность 10 образца трубы.
Образец трубы может быть дополнительно снабжен продолговатыми надрезами второго типа (не представлены), или вторыми надрезами, выполненными в стенке данной трубы и открытыми на наружную поверхность 9 или внутреннюю поверхность 10 трубы и являющимися взаимно-обратными первым надрезам 7. Вторые надрезы могут являться аналогичными первым надрезам 7, в особенности в отношении их количества, их соответствующей ориентации, их формы и/или их длины.
Кроме того, образец трубы может содержать вспомогательное отверстие, выполненное в его стенке и выходящее на внутреннюю поверхность 9 или наружную поверхность 10 взаимно-обратным образом по отношению к первому отверстию. Данное вспомогательное отверстие проходит на глубину по меньшей мере 5% толщины образца трубы 7. Данное вспомогательное отверстие может совпадать с первым отверстием, как в случае радиального отверстия 27, показанного на фиг. 5.
На фиг. 6 показан модуль 31 для содействия калибровке, предназначенный для устройства контроля для металлургических изделий, такого как устройство 6 контроля, описанное в отношении фиг. 1 и 2.
Модуль 31 содержит запоминающее устройство 33, выполненное с возможностью хранения рабочих данных в отношении по меньшей мере одного образца трубы, такого как образец трубы, упомянутый в отношении фиг. 3-5. Указанные рабочие данные включают, в частности, данные, являющиеся результатом ультразвуковых измерений, полученных с использованием устройства контроля, подлежащего калибровке, такого как устройство 1, описанное в связи с фиг. 1 и 2. Рассматриваемые измерения получаются в отношении образца трубы, в котором были расположены отражатели ультразвука.
Кроме того, модуль 31 содержит вычислительное устройство, выполняющее функцию обработки, или функцию 35 CALIBR, действующую в отношении данных в памяти 33 с целью получения данных, пригодных для калибровки устройства контроля. Эти пригодные данные могут по меньшей мере временно храниться в запоминающем устройстве 33.
Запоминающее устройство 33 выполнено с возможностью хранения по меньшей мере некоторых из рабочих данных в отношении образца трубы в форме пар «значение/угол». Каждая пара обозначает амплитуду отражения ультразвуковой волны, связанную с параметром, зависящим от направления. Параметр, зависящий от направления, соответствует направлению контроля, т.е. общему направлению распространения пучка ультразвуковых волн в трубе. Параметр, зависящий от направления, включает по меньшей мере значение угла, характеризующее направление контроля по отношению к общей точке отсчета, такой как угол наклона относительно образующей образца трубы.
Запоминающее устройство 33 выполнено с возможностью группировки пар «значение/угол» в наборы данных, где каждый набор данных характеризует отклик, или отражение, соответствующего отражателя ультразвука или группы соответствующих отражателей ультразвука для одного или нескольких ультразвуковых пучков, возможно, по-разному направленных относительно образца трубы. Каждая пара «значение/угол» соответствует амплитуде отклика отражателя ультразвука на контроль, направленный в соответствии с углом из данной пары.
Запоминающее устройство 33 выполнено с возможностью хранения по меньшей мере первого набора данных в отношении направленного отражателя или группы направленных отражателей, обозначенных в настоящем документе как данные 37 UNISET, и по меньшей мере второго набора данных в отношении многонаправленного отражателя, или данных 39 OMNISET.
Направленный отражатель откликается на ультразвуковые волны, главным образом, в одном направлении, или рабочем направлении. Иными словами, однонаправленный отражатель выполнен с возможностью отклика на ультразвуковую волну, главным образом тогда, когда направление распространения последней соответствует рабочему направлению данного направленного отражателя. Продолговатые надрезы, расположенные в изделии, такие как надрезы 7, описанные в отношении фиг. 3, представляют собой примеры направленных отражателей: каждый надрез 7 откликается, главным образом, на ультразвуковые пучки, падающие на него перпендикулярно его продольному направлению, по его рабочему направлению.
На практике совокупность всех откликов направленного отражателя на ультразвуковые контроли, выполненные в отличных друг от друга направлениях, содержит значение амплитуды, намного превышающее другие значения, и это большее значение является полученным для направления контроля, соответствующего рабочему направлению направленного отражателя в трубе.
Многонаправленный отражатель аналогичным образом откликается на ультразвуковые волны, падающие на него по множеству разных направлений. Амплитуда отклика является близкой для большинства направлений контроля. Отверстие круглого сечения, в особенности подобное отверстию 27, описанному в отношении фиг. 4 и 5, представляет пример многонаправленного отражателя: отверстие 27 откликается, по существу, одинаково на все ультразвуковые пучки, падающие на него перпендикулярно его оси. В силу этого факта отверстие 27 также может рассматриваться как всенаправленное отверстие.
В данном случае направленные отражатели, такие как надрезы 7, показанные на фиг. 3, ориентированы в образце трубы так, что их рабочее направление соответствует направлению контрольной съемки. Многонаправленный отражатель, такой как отверстие 27, ориентирован в образце трубы так, что по меньшей мере некоторые из рабочих направлений соответствуют направлению соответствующей контрольной съемки. Предпочтительно, многонаправленный отражатель выполнен и ориентирован в образце трубы так, что каждое направление контроля соответствует одному из его рабочих направлений. Это имеет место, в частности, для всенаправленного отражателя, например, относящегося к типу 27 отверстия.
Набор UNISET 37 содержит для каждого направленного отражателя по меньшей мере одну пару «значение/угол», соответствующую значению амплитуды отражения отражателя для ультразвуковой съемки, направленной таким образом, что она соответствует рабочему направлению отражателя в образце трубы. Иначе говоря, пара «значение/угол» соответствует отклику направленного отражателя, ориентированного в образце трубы так, что его рабочее направление соответствует направлению контроля, определенному значением угла.
В двух левых столбцах таблицы 1.1 проиллюстрировано содержимое набора данных, относящихся к типу набора UNISET 37, для четырех надрезов, выполненных на внутренней поверхности образца трубы и ориентированных так, что их продольное направление является наклонным, соответственно, на 0, 45, 90 и 135 градусов относительно образующей данной трубы. Например, они содержат надрезы 13, 15, 19 и 23, описанные в отношении фиг. 3. Данные приложений соответствуют образцу трубы диаметром 231 миллиметров и толщиной 10 миллиметров. Амплитуды выражены относительным образом как процентные доли. Исходный прирост составляет 35 децибел. Надрезы в данном случае представляют собой параллелепипеды с профилем U-образной формы.
Значение амплитуды в каждой строке относится к отклику соответствующего надреза на ультразвуковой контроль, направленный относительно образующей трубы, таким образом, что она соответствует ориентации рассматриваемого надреза в трубе. Каждая строка относится к направлению контроля, соответствующему рабочему направлению направленного отражателя. Надрез содержит две главные поверхности раздела воздух/сталь, которые образуют два направленных отражателя, ориентированных симметрично друг другу. В двух левых столбцах каждой строки таблицы 1.1 показана одна пара «значение/угол» для одного соответствующего направленного отражателя. Строки, соответствующие углам 45° и 225°, например, относятся к одному надрезу, аналогичному надрезу 15, показанному на фиг. 3.
В левом столбце и правом столбце таблицы 1.1 проиллюстрировано вспомогательное, дополнительное или замещающее содержимое набора данных UNISET 37 в отношении четырех надрезов, выполненных в наружной поверхности образца трубы и ориентированных аналогично внутренним надрезам таблицы. Например, они содержат надрезы 13, 15, 19 и 23, описанные в отношении фиг. 3.
Набор OMNISET 39 содержит множество пар «значение/угол», каждая из которых соответствует значению амплитуды отражения многонаправленного отражателя для ультразвуковой волны, направленной в соответствии с рабочим направлением многонаправленного отражателя в трубе. Иначе говоря, каждая пара «значение/угол» соответствует отклику многонаправленного отражателя на направление контроля, определенное значением угла и соответствующее рабочему направлению данного отражателя.
В двух левых столбцах таблицы 1.2 проиллюстрировано содержимое набора данных, относящегося к типу набора OMNISET 39, для отверстия круглого сечения, проходящего радиально по толщине образца трубы, в данном случае, от наружной поверхности последнего до его внутренней поверхности. Рассматриваемое отверстие относится к типу отверстия 27, описанного в отношении фиг. 4. Два рассматриваемых столбца в частности, относятся к части отверстия, расположенной вблизи внутренней поверхности трубы. Поэтому их можно рассматривать в качестве примера данных OMNISET для многонаправленного отражателя, расположенного на внутренней поверхности трубы. Левый столбец сводит воедино направления контроля, подобным образом распределенные по 360° с шагом 5°.
Значение амплитуды в каждой строке относится к отклику отверстия на ультразвуковой контроль, направленный относительно образующей трубы таким образом, что она соответствует указанному углу.
В левом столбце и правом столбце таблицы в приложении 1.2 проиллюстрировано вспомогательное, дополнительное и замещающее содержимое набора данных OMNISET 39 в отношении части отверстия, проходящей вблизи наружной поверхности трубы.
Данные UNISET 37 и OMNISET 39 могут быть собраны в соответствующих таблицах запоминающего устройства 33. В настоящем документе, например, каждая строка соответствующей таблицы указывает угол, тогда как соответствующий столбец указывает значение.
Запоминающее устройство 33 выполнено с возможностью, кроме прочего, хранения результирующих, или калибровочных, данных в отношении образца трубы в форме пар «значение/угол». Каждая пара обозначает принятый прирост, связанный с параметром, зависящим от направления. Параметр, зависящий от направления, соответствует направлению контроля, подлежащему калибровке. Результирующие данные, собранные в данном случае в наборе данных, в настоящем документе обозначаются как RESULSET 40.
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 6, запоминающее устройство 33 содержит индексированную таблицу размера N (натуральное целое число), сводящую воедино направления контроля, или таблицу DIRECT[ ]. Каждый элемент таблицы DIRECT[ ] действует в качестве указателя угла, который определяет соответствующее направление контроля, например, как наклон относительно образующей трубы в плоскости, касательной по отношению к последней. В настоящем документе число N контролируемых направлений и углы соответствуют направлениям, которые будут контролироваться после калибровки, т.е. калиброванным направлениям.
Данные из наборов UNISET 37 и OMNISET 39 собираются в соответствующие индексированные таблицы, в частности, такого же размера N, как у таблицы DIRECT[ ]. Например, набор UNISET 37 содержит таблицу амплитуд N_AMP[ ], относящуюся к откликам направленных отражателей, тогда как набор OMNISET 39 содержит таблицу амплитуд H_AMP[ ], относящуюся к откликам многонаправленного отражателя. Каждый элемент таблиц N_AMP[ ] и H_AMP[ ] играет роль указателя значения, соответствующего амплитуде отклика конкретного отражателя в направлении контроля, соответствующем углу, совместно используемому со значением индекса в таблице DIRECT[ ].
Данные 40 RESULSET собираются в индексированной таблице размера N, в настоящем документе, в таблице приростов RX_GAIN[ ], каждый элемент которой играет роль указателя значения, соответствующего принятому приросту, отрегулированному в направлении контроля, соответствующем углу, совместно используемому со значением индекса в таблице DIRECT[ ].
Функция 35 CALIBR предусматривает в качестве параметров данные, определяющие совокупность направлений контроля, традиционных для контроля в ходе фазы производства. Они представляют собой направления, подлежащие калибровке. Полученные данные могут содержать совокупность значений углов, соответствующих направлениям контроля, или целочисленное значение в качестве количества направлений, подлежащих контролю, для углового сектора предварительно определенной протяженности, такой как 180°. Протяженность углового сектора также можно использовать в качестве параметра для функции 35 CALIBR.
На фиг. 7 проиллюстрирован примерный вариант осуществления функции 35 CALIBR.
Пуск происходит на этапе 70 инициализации, в ходе которого функция 35 CALIBR принимает по меньшей мере некоторые данные, пригодные для определения параметров калибровки.
Эти параметры включают, в частности, исходное значение прироста, или значение IG, т.е. номинальное значение прироста, подлежащее использованию при приеме в ходе будущих ультразвуковых контролей, и (относительное) пороговое значение амплитуды, или значение TG, выше которого дефект отличается от несовершенства. Кроме того, эти параметры включают определение разных направлений, подлежащих калибровке, т.е. направлений контроля, подлежащих использованию в ходе будущих контролей. Если необходимо, может быть заполнена таблица, такая как таблица вроде таблицы направлений DIRECT[ ], и/или могут использоваться данные, уже находящиеся в такой таблице.
Указанные значения прироста из результирующих данных принимают номинальное значение IG, являющееся общим для всех пар независимо от значения угла. Например, номинальный прирост IG может составлять 11 децибел. Если необходимо, номинальным значением IG может быть заполнен каждый элемент таблицы вроде таблицы RX_GAIN[ ].
Кроме того, принятые данные могут включать данные ультразвуковых измерений в отношении образца трубы, в частности данные измерений, относящиеся к одному или нескольким направленным отражателям и многонаправленному отражателю. Эти данные хранятся в запоминающем устройстве в форме наборов данных, например, вроде наборов данных UNISET 37 и OMNISET 39. Если необходимо, могут быть заполнены таблицы вроде таблиц N_AMP[ ] и H_AMP[ ].
За этапом 70 инициализации следует этап 72 предварительной обработки данных, с использованием данных, относящихся к направленным и/или многонаправленным отражателям, таких как данные наборов OMNISET 39 и UNISET 37, как описано в отношении фиг. 6. Предварительная обработка 72, как предполагается, должна увеличивать качество данных, относящихся к отражателям, с точки зрения калибровки.
Этап 72 предварительной обработки данных может включать один или несколько этапов форматирования данных, являющихся результатом ультразвуковых измерений, проверку непротиворечивости, стандартизацию и, в более общем смысле, статистическую обработку этих данных.
В одном варианте осуществления этап 72 предварительной обработки данных включает дополнительный этап, на котором выполняется проверка непротиворечивости данных, относящихся к направленным отражателям, например, данных из набора UNISET 37 и/или данных, относящихся к многонаправленному отражателю, например, данных из набора OMNISET 39.
Это имеет место, в частности, тогда, когда существует симметрия в направлениях контроля, соответствующих рабочим направлениям многонаправленного отражателя и/или направленных отражателей. Например, если набор данных, относящихся к направленным отражателям, или набор UNISET 37, содержит пары, углы которых соответствуют центрально-симметричным направлениям контроля, может быть выполнена проверка того, являются ли значения амплитуды из этих пар близкими одно к другому, в особенности тогда, когда направленные отражатели реализованы в форме надрезов. Аналогичная проверка может осуществляться для данных из набора, относящегося к многонаправленному отражателю, в частности тогда, когда он реализован в форме отверстия круглого сечения или, в более общем смысле, многоугольного отверстия.
Иначе, в качестве возможного варианта, данным парам присваиваются модифицированные значения амплитуды, статистически вычисленные из исходных значений. Например, каждой из симметричных пар присваивается значение амплитуды, вычисленное как среднее исходных значений амплитуды. Аналогичную обработку можно осуществить для набора данных, относящихся к многонаправленному отражателю, например, для набора OMNISET 39.
Таблицы 2.1 и 2.2 аналогичны таблицам 1.1 и 1.2 за исключением того, что значения амплитуды модифицированы с учетом эффектов симметрии в направлениях контроля. В таблице 2.1, например, посредством присвоения каждой из этих строк в качестве значения амплитуды среднего значения соответствующих строк таблицы 1.1, учитывается то, что строки, соответствующие углам 45° и 225°, включают один надрез, например, вроде надреза 15, показанного на фиг. 3.
За этапом 72 предварительной обработки данных следует этап 74 статистической обработки данных, относящихся к многонаправленному отражателю и направленным отражателям, например, данных UNISET 37 и OMNISET 39, соответственно. Данные, относящиеся к направленным отражателям, подвергаются интерполяции с помощью по меньшей мере некоторых данных, относящихся к многонаправленному отражателю, с целью заполнения набора данных, относящихся к направленным отражателям. Затем устанавливаются пары «значение/амплитуда», являющиеся представительными для откликов направленных отражателей, направленных в разных ориентациях. Интерполяция пар из первого набора данных и второго набора данных делает возможным получение пар третьего набора данных, соответствующего стандартным амплитудам для ультразвуковых контролей, направленных в соответствии с по меньшей мере некоторыми из рабочих направлений многонаправленного отражателя.
В конце статистической обработки 74 набор данных, относящихся к направленным отражателям, или набор UNISET 37, содержит пары «значение/угол», каждая из которых соответствует амплитуде отклика направленного отражателя, рабочее направление которого в трубе соответствует направлению контроля, определенному данным углом.
Наконец, обработка данных включает этап 76 сравнения с использованием данных, являющихся результатом статистической обработки этапа 74. Эти данные подвергаются сравнению с целевыми данными, по меньшей мере частично определенными с помощью калибровочных параметров, с целью установления набора данных, пригодных для калибровки. Эти пригодные данные включают, в частности, множество пар «значение/угол», каждая из которых включает модифицированное значение прироста для направления контроля, определенного данным углом, или направления, подлежащего калибровке.
На фиг. 8 проиллюстрирован один вариант осуществления статистической обработки, или интерполирующей функции, которая может быть использована, например, для осуществления этапа 74, описанного в отношении фиг. 7.
Интерполяция начинается с этапа 80 инициализации, за которым следует этап 82, в ходе которого устанавливается одна или несколько пар «значение/угол», каждая из которых соответствует значению прироста, связанному с параметром, зависящим от направления. Параметр, зависящий от направления, соответствует направлению контроля, тогда как значение прироста соответствует отношению амплитуд отклика направленного отражателя, с одной стороны, и многонаправленного отражателя, с другой стороны, к контролю, направление которого определяется углом из данной пары. Используется, например, индексированная таблица, которая может иметь размер N и обозначается в настоящем документе как таблица измеренных приростов, или таблица MES_GAIN[ ].
Значения прироста вычисляются из значений амплитуды пар из набора данных, относящихся к направленным отражателям, например, набора UNISET 37, и значений амплитуды пар из набора данных, относящихся к многонаправленному отражателю под соответствующим углом, например, набора OMNISET, предварительно обработанных при необходимости. Значения угла соответствуют друг другу, если они обозначают идентичные направления, или не соответствуют, если они немного наклонены друг относительно друга. Это имеет место, в частности, для идентичных значений угла.
Для каждой пары «значение/угол», относящейся к направленному отражателю, значение прироста устанавливается с помощью значения амплитуды из пары «значение/угол», относящейся к многонаправленному отражателю, угол которого определяет направление, соответствующее рабочему направлению направленного отражателя.
Количество пар, относящихся к направленным отражателям, может быть меньше количества пар, относящихся к многонаправленному отражателю, что делает возможным использование небольшого количества надрезов с ориентациями, отличающимися одна от другой. Прирост может быть выражен в децибелах, составляя отношение значений амплитуды направленного отражателя и многонаправленного отражателя.
В таблице 3.1 проиллюстрирован пример содержимого набора измеренных приростов в случае вышеописанных надрезов и отверстия. Левый столбец каждой строки соответствует выраженному в децибелах отношению амплитуды из левого столбца таблицы 2.1 (надрезы) к амплитуде левого столбца таблицы 2.2 (отверстие) для одинакового значения угла.
Затем следует этап 84, в ходе которого устанавливаются вспомогательные пары «значение/угол», соответствующие значениям прироста для направлений контроля, отличающихся от рабочих направлений направленных отражателей. В настоящем документе устанавливается вспомогательная пара для каждого направления контроля, соответствующего рабочему направлению многонаправленного отражателя. Интерполяции подвергаются значения прироста из пар «значение/угол», установленных на предыдущем этапе для рабочих направлений соответствующих друг другу направленных и многонаправленного отражателей. При интерполяции может осуществляться, например, метод линейной регрессии. Метод линейной регрессии хорошо подходит для описанного в настоящем документе количества надрезов, т.е. 4. Могут быть использованы и другие методы интерполяции. В частности, для меньшего количества отражателей (менее 8) могут предусматриваться более сложные методы, например, методы второго порядка.
Результаты интерполяции могут храниться в таблице, такой как, например, индексированная таблица SIM_GAIN[ ] размера N, индекс которой соответствует направлениям контролей в таблице DIRECT[ ]. В таблице 3.2 проиллюстрирован пример содержимого указанной таблицы. Значения прироста в строках 0, 45, 90, 135, 180, 225, 280 и 325, включающих рабочие направления надрезов, соответствуют значениям прироста тех же строк в таблице 3.1. Значения прироста, указанные в других строках, содержат направления контроля, подлежащие калибровке и являющиеся результатами интерполяции данных, полученных для рабочих направлений надрезов. В данном случае, интерполяция осуществляется посредством линейной регрессии. Например, значение прироста в 2,0 децибел, полученное в строке 25° для левого столбца, вычислено из значения прироста строки 0° таблицы 3.1, к которому добавлена разность значений прироста строк 45° и 0°, отнесенная к разности углов между данными строками и умноженная на угловое отклонение между строкой 25° и строкой 0°.
В ходе этапа 86 значения прироста пар из этапов 82 и 84 используются совместно со значениями амплитуд пар, относящихся к многонаправленному отражателю, для установления набора пар «значение/угол», соответствующих значениям амплитуды, каждое из которых связано с параметром, зависящим от направления. К значению амплитуды каждой пары «значение/угол» из набора данных, относящихся к направленному отражателю, применяется значение прироста, которому соответствует данный угол. Результат хранится в запоминающем устройстве в форме новой пары «значение/угол», которую можно рассматривать как значение амплитуды отклика виртуального направленного отражателя, связанного с ориентацией данного отражателя в качестве параметра, зависящего от направления. Набор полученных пар может храниться в запоминающем устройстве как новый набор данных, содержащий, например, индексированную таблицу SIM_AMP[ ] размера N, или может использоваться для заполнения набора данных, относящихся к направленным отражателям, например, таблицы вроде таблицы N_AMP[ ].
В таблице 3.3 проиллюстрирован результат этапа 86, который может содержаться, например, в таблице SIM_AMP[ ]. Значение амплитуды в каждой строке вычислено из амплитуды соответствующей строки для отверстия в таблице 2.2 и модельного прироста из соответствующей строки в таблице 3.2. Например, значение 64,3% из строки 25° получено из соответствующего значения амплитуды из таблицы 2.2, умноженного на значение 10, возведенное в степень прироста, деленного на 20.
Прирост, регулируемый для каждого направления контроля, может быть вычислен посредством коррекции исходного значения прироста, например, прироста IG, с использованием отношения, в децибелах, значения амплитуды, являющегося результатом интерполяции, к целевому значению амплитуды, например, к значению TS. В таблице 4.1 проиллюстрирован пример значений прироста, полученных таким образом для значений IG при 11 децибел и TG при 80%. В таблице 4.2 проиллюстрировано то, что поправочные значения, полученные снаружи образца трубы, могут быть выражены относительно значений прироста, полученных внутри данной трубы.
На фиг. 9 проиллюстрирован вариант осуществления сравнительной функции для установления набора значений прироста из пар, относящихся к направленным и многонаправленному отражателям, соответственно, таких, как значения, сохраненные в вышеописанных таблицах H_AMP[ ] и N_AMP[ ].
На этапе 900 данная функция инициализируется. На этапе 902 определяется индексированная таблица данных размера N или таблица приростов MES_GAIN[ ]. На этапе 904 посредством инициализации счетчика цикла, в данном случае - фиктивной переменной i, запускается циклическая структура. На этапе 906 выполняется приращение счетчика цикла. На этапе 908 посредством проверки того, является ли значение N_AMP[i], сохраненное в столбце i, больше нуля, выполняется проверка того, присутствует ли в столбце i таблицы N_AMP[ ] значение амплитуды.
Если да, то затем значение прироста вычисляется как отношение значения i индекса значений, сохраненных в таблице N_AMP[ ], к значению, сохраненному в таблице H_AMP[ ] (этап 910). Прирост вычисляется в децибелах. Вычисленное значение сохраняется в столбце i таблицы приростов MES_GAIN[ ].
Иначе, в ходе этапа 912 элементу i таблицы приростов MES_GAIN[ ] присваивается нулевое значение. В завершение этапов 910 и 912 выполняется проверка того, достиг ли счетчик i цикла значения N, указывающего конец цикла (этап 914). Если да, то на этапе 916 функция останавливается. Иначе, выполняется возвращение на этап 906.
На фиг. 10 проиллюстрирован один вариант осуществления интерполирующей функции, способной вычислять пары «значение/угол», соответствующие значениям прироста, посредством интерполяции пар «значение/угол», соответствующих значениям прироста, каждое из которых связано с параметром, зависящим от направления, таким как параметры, сохраненные в таблице MES_GAIN[ ].
Он начинается с этапа 1000 инициализации. В ходе этапа 1002 декларируется новая индексированная таблица SIM_GAIN[ ] размера N для приема вычисленных данных.
На следующем этапе 1004 инициализируются три фиктивные переменные i, j и k. На этапе 1006 выполняется приращение переменной i как счетчика цикла.
На этапе 1008 выполняется проверка того, содержит ли какое-либо значение элемент i из первой таблицы приростов MES_GAIN[ ].
Если да, то на этапе 1010 в запоминающем устройстве сохраняется значение MES_GAIN[i] в столбце i второй таблицы SIM_GAIN[ ], и переменной j присваивается значение переменной i.
Иначе, на этапе 1012 переменной k присваивается приращенное значение первого счетчика i цикла, и на этапе 1014 выполняется проверка, того, содержит ли первая таблица приростов MES_GAIN[ ] ненулевое значение в ее столбце, обозначенном для значения переменной k. Иначе, выполняется возвращение на этап 1012.
В завершение этапов 1010 и 1014, устанавливается (этап 1016) новое значение прироста, которое сохраняется в столбце i второй таблицы приростов SIM_GAIN[ ], на основе следующей формулы (A):
A: SIM_GAIN[i] := MES_GAIN[j] +
((MES_GAIN[k] - MES_GAIN[j])/(DIRECT[k] - DIRECT[j])) x (DIRECT[i] - DIRECT[j])
Затем, на этапе 1018 выполняется проверка того, достиг ли счетчик i цикла его конечного значения N. Если да, то на этапе 1020 цикл завершается. Иначе, выполняется возвращение на этап 1006.
На фиг. 11 проиллюстрирован вариант осуществления моделирующей функции, способной вычислять пары «значение/угол», соответствующие значениям амплитуды, на основе пар «значение/угол», соответствующих значениям прироста, каждое из которых связано с параметром, зависящим от направления, таких как значения, сохраненные, например, в таблице SIM_GAIN[ ].
Он начинается с этапа 1100 инициализации. На этапе 1102 декларируется новая индексированная таблица SIM_AMP[ ], например, размера N, предназначенная для приема вычисленных данных.
На следующем этапе 1104 в качестве счетчика цикла инициализируется фиктивная переменная i. На этапе 1106 выполняется приращение счетчика i цикла. На этапе 1108 i-му элементу таблицы SIM_AMP[ ] присваивается значение, вычисленное на основании следующей формулы (В):
B: SIM_AMP[i]:=H_AMP[i] x степень (10, SIM_GAIN[i]/20)
На этапе 1110 выполняется проверка того, является ли значение счетчика i цикла меньшим, чем значение N.
Если да, то выполняется возвращение на этап 1106. Иначе, на этапе 1112 функция останавливается.
На фиг. 12 проиллюстрирован вариант осуществления преобразующей функции, способной вычислять пары «значение/угол», соответствующие значениям прироста, каждое из которых связано с параметром, зависящим от направления, таким как значения, сохраненные, например, в таблице SIM_AMP[ ].
Функция запускается на этапе 1200 инициализации.
На этапе 1202 создается индексированная таблица RX_GAIN[ ] размера N для приема вычисленных данных.
На следующем этапе, этапе 1204, в качестве счетчика цикла инициализируется фиктивная переменная i.
На этапе 1206 выполняется приращение счетчика i цикла, а затем, на этапе 1208 i-му элементу таблицы RX_GAIN[ ] присваивается значение, вычисленное на основании следующей формулы (С):
C: RX_GAIN[i]:=20 x LOG(TA/SIM_AMP[i]) + IG
На следующем этапе, этап 1210, выполняется проверка того, является ли счетчик цикла строго меньшим, чем конечное значение цикла N. Если да, то выполняется возвращение на этап 1206. Иначе, на этапе 1212 функция останавливается.
Функция 35 CALIBR действует в отношении первого набора данных, относящихся к одному или нескольким направленным отражателям, расположенным в образце трубы, и в отношении второго набора данных, относящихся к многонаправленному отражателю, расположенному в данной трубе.
Получение данных, относящихся к указанным отражателям, может осуществляться традиционным образом. Например, для каждого измерения выполняется ультразвуковая съемка в рабочем направлении направленного отражателя способом, соответствующим данному направлению. В ходе каждого измерения выполняется столько съемок, сколько имеется направлений контролей, или рабочих направлений, многонаправленного отражателя. Использование ультразвукового преобразователя многоэлементного типа способствует измерениям: закономерности задержки делают возможной ориентацию ультразвукового пучка без изменения относительного положения преобразователя по отношению к образцу трубы.
Для ускорения измерений может быть использовано устройство вроде описанного в заявке на патент Франции №3 000 212 от имени заявителя. Тогда получить данные амплитуды в нескольких направлениях, отличающихся одно от другого, можно за одну съемку.
На практике он предпочтительно будет использоваться для калибровки контрольной конфигурации аналогично калибровке, используемой при производстве. Это значительно совершенствует контроли, выполняемые при производстве.
Также может использоваться устройство, относящееся к типу, известному благодаря электронной торговой марке FAAST II (например, как показано по адресу http://www.socomate.com/2-products/phased-array/faast-ii-2d-matrix-active-8x40e-2mhz-21.htm) компании SOCOMATE, или устройство вроде известной установки торговой марки GRP (например, как показано по адресу http://www.ge-mcs.com/en/ultrasound/integrated-systems/tubepipe-grp.html) компании GENERAL ELECTRIC.
На качество данных калибровки, установленных при помощи функции 35 CALIBR, оказывает влияние качество исходных данных, использованных для формирования первого и второго наборов данных. Исходные данные происходят из ультразвуковых измерений, полученных на образце трубы.
Направленные отражатели, такие как надрезы 7, описанные в отношении фиг. 3-5, обычно имеют один размер, который является более значимым, чем другие, и соответствует рабочему направлению отражателя. Это свойство можно использовать для получения нескольких значений амплитуды отражения конкретного отражателя для одного направления контроля.
Обычно берется несколько измерений каждого отражателя по меньшей мере для направленных отражателей. Между двумя измерениями образец трубы и ультразвуковой преобразователь смещаются друг относительно друга, например, на один миллиметр. Поэтому длина надреза обычно является предметом минимальной спецификации: она делает возможным обеспечение обнаружения надреза минимальной длины с использованием параметризуемого количества точек при заданном количестве съемок на единицу продвижения трубы.
При наличии для одного направленного отражателя измеренного набора пар «значение/угол», обозначающих разные значения амплитуды для одного значения угла, соответствующего одному направлению контроля, целесообразным является установление представительного значения амплитуды для использования в наборе данных, относящихся к данному направленному отражателю. Использование максимального значения амплитуды в качестве представительного значения не является достаточным: оно лишь приводит к квалификации в качестве дефекта несовершенств наибольшего размера. Недостаточным является и использование среднего значения амплитуды: имеется риск отсутствия обнаружения отражателей тогда, когда они в высокой степени рассеяны.
В соответствии с одним вариантом осуществления, функция 35 CALIBR способна извлекать из указанного набора значений амплитуды значение амплитуды, характеристическое для данного направленного отражателя. Данное характеристическое значение устанавливается в качестве порогового значения, что делает возможным получение предварительно определенного количества последовательных значений амплитуды, превышающих данное пороговое значение. Рассматриваемое количество соответствует разрешающей способности. Оно является параметризуемым. Измерения из таблиц в приложении 1, например, соответствуют разрешающей способности в 3 последовательных точках.
На фиг. 13 проиллюстрирован вариант осуществления извлекающей функции, которая может быть использована для получения характеристического значения амплитуды направленного отражателя на основе набора значений амплитуды, связанных с одним направлением контроля.
Он начинается с этапа 1300 инициализации, на котором целочисленное значение R принимается в качестве параметра как значение разрешающей способности. Также принимается набор значений амплитуды, например, в форме индексированной таблицы размера k, или таблицы AMP[k]. Данные значения амплитуды относятся к одному направленному отражателю и одному направлению контроля.
На этапе 1302 определяется переменная TH, которая инициализируется с нулевым значением. Затем при помощи фиктивной переменной i в качестве счетчика запускается циклическая структура. Счетчик инициализируется (этап 1304). На следующем этапе 1306 определяется минимальное значение AMPMINI среди значений амплитуды, сохраненных в запоминающем устройстве в таблице AMP[k] для элемента i, для элемента i+R и для всех элементов, расположенных между ними.
На этапе 1308 выполняется приращение счетчика цикла. На этапе 1310 выполняется проверка того, превышает ли минимальное значение AMPMINI амплитуды значение TH. Если да, то на этапе 1312 пороговое значение ТН принимает минимальное значение AMPMINI амплитуды. Иначе, как и в конце этапа 1312, выполняется проверка того, достиг ли счетчик цикла его конечного значения k (этап 1314). Если да, то на этапе 1316 функция останавливается. Иначе, выполняется возвращение на этап 1306. Конечное значение ТН соответствует пороговому значению, характеризующему направленный отражатель.
Обратимся к фиг. 14 и 15, на которых проиллюстрировано действие устройства для содействия калибровке в случае образца трубы диаметром 88,9 миллиметров и толщиной 7,61 миллиметров.
На графике на фиг. 14 показаны значения амплитуды, полученные для внешних (фактических) надрезов, ориентированных на 360° с шагом 5°, в случае выполнения калибровки с использованием описанного устройства, параметризованного посредством порогового значения амплитуды 60%. Контроль выполняется 10 раз, и учитывается наименее благоприятное значение амплитуды, т.е. экспериментальное значение, наиболее удаленное от целевого значения амплитуды.
График на фиг. 15 аналогичен фигуре 14 за исключением того, что на нем показана разность в децибелах между измеренными значениями и калиброванными значениями. На фиг. 15 показано значение дисперсии приблизительно 6,4 децибел. Это значение совместимо с производственными требованиями.
В следующей таблице показаны значения дисперсии, полученные в аналогичных условиях для труб разного размера, содержащих, в зависимости от ситуации, внешние и/или внутренние надрезы. Показанные значения подтверждают то, что описанное калибровочное устройство является достаточно точным для использования промышленным образом.
Нами описано устройство, или модуль, для содействия калибровке устройства контроля для металлургического изделия, в особенности трубы. В данном модуле используются данные, измеренные для ультразвуковых контролей, выполненных на многонаправленном отражателе, в особенности отверстии, и на одном или нескольких направленных отражателях, таких как отражатели типа надреза. Направления контролей, использованные для измерений, предпочтительно соответствуют направлениям контроля, используемым в производстве: это значительно улучшает калибровку. Каждый надрез направлен по соответствующему направлению контроля. Используется меньше направленных отражателей, чем имеется направлений контроля, подлежащих калибровке: направления контроля, не соответствующие какому-либо рабочему направлению направленного отражателя, калибруются при помощи амплитуд, измеренных с использованием многонаправленного отражателя для соответствующего рабочего направления. Амплитуды, измеренные на многонаправленном отражателе, подвергаются коррекции на основе сравнения значений амплитуды, полученных в одном направлении контроля для направленных отражателей и многонаправленного отражателя. Это делает возможным продолжение использования направленных отражателей, в частности надрезов, в качестве стандартных дефектов, геометрические характеристики которых при необходимости могут являться предметом спецификации, и, в то же время, сокращает их количество. Иными словами, это делает возможным использование для стандартизации множества направлений контроля одного или нескольких стандартных дефектов вне зависимости от их ориентации в трубе. Более того, в целях калибровки требуется масштабирование только направленных отражателей.
Настоящее изобретение по существу представлено в форме устройства. Оно также может рассматриваться как способ содействия калибровке устройства контроля для металлургических изделий. В соответствии с данным способом, сохраняется первый набор данных в форме пар «значение/угол», при этом первый набор данных относится к многонаправленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, и пары «значение/угол» из первого набора данных соответствуют измеренным амплитудам отражений, которые являются результатом направленных ультразвуковых съемок в металлургическом изделии, в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя, которые соответствуют указанному углу. Также сохраняется второй набор данных в форме пар «значение/угол», при этом второй набор данных относится к направленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, и второй набор данных содержит для направленного отражателя пару «значение/угол», соответствующую измеренной амплитуде отражения в результате ультразвуковой съемки, направленной по одному рабочему направлению отражателя, которое соответствует указанному углу. Устанавливается третий набор данных в форме пар «значение/угол» посредством интерполяции пар из первого набора данных и второго набора данных, при этом пары из третьего набора данных соответствуют стандартным амплитудам для ультразвуковых съемок, направленных таким образом, что они соответствуют по меньшей мере некоторым из рабочих направлений многонаправленного отражателя.
Настоящее изобретение также может быть выражено в форме компьютерного программного продукта, выполненного с возможностью совместного действия с вычислительным блоком с образованием модуля для содействия калибровке вышеописанного вида.
Настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше единственно в качестве примера, но также охватывает все варианты, которые могут предположить специалисты в данной области техники. В частности:
- Были описаны направленные отражатели и многонаправленный отражатель, расположенные в одном образце трубы. Как вариант, они могут быть расположены в образцах труб, являющихся подобными, но все же отличающимися друг от друга.
- Были описаны направленные отражатели в форме продолговатых надрезов. Данный вариант осуществления согласуется с текущей практикой, которая включает калибровку способов и устройств для ультразвукового контроля посредством надрезов со стандартизованными или по меньшей мере обусловленными техническими условиями размерами. По этой причине был описан образец трубы, снабженный надрезами одинаковой длины. Тем не менее, предложенное устройство и способ столь же хорошо подходят для надрезов, имеющих отличающуюся длину.
- Нами было описано несколько форм хранения пар «значение/угол», в частности в форме таблиц, в которых непосредственно хранятся эти значения. Настоящее изобретение никоим образом не ограничивается данными описанными формами хранения данных: главным является то, что существует связь между элементами, делающими возможным определение направления контроля, и элементами, делающими возможным определение значения амплитуды отклика, и то, что функция обработки использует эту связь для обработки соответствующих данных. Например, для определения одного направления контроля в разных наборах данных могут использоваться разные углы, результатом чего будет лишь то, что обработка данных станет более сложной.
- Нами был описан модуль, содержащий запоминающее устройство и вычислительное устройство, выполненное с возможностью выполнения функции 35 CALIBR. Данный модуль может принимать весьма различные формы, например, форму специализированного вычислительного блока, встроенного в командный компьютер устройства контроля, или, в более общем смысле, в компьютер, включенный в процесс контроля металлургических изделий. В одном варианте осуществления рассматриваемый модуль может содержать файл, выполненный с возможностью считывания электронной таблицей, ячейки которой содержат данные, а различные функции из функции 35 CALIBR вводятся в форме правил вычислений между ячейками.
- Настоящее изобретение было определено в отношении ультразвуковых контролей. Ультразвуковой контроль включает по меньшей мере одну ультразвуковую съемку, при этом настоящее изобретение также может быть определено как модуль для содействия калибровке устройства контроля для металлургических изделий, содержащий запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения данных в форме пар «значение/угол», при этом каждая пара соответствует амплитуде отражения ультразвуковой съемки по направлению металлургического изделия, соответствующему указанному углу, и вычислительное устройство, выполненное с возможностью выполнения функции обработки в отношении данных, хранящихся в запоминающем устройстве. Данные организованы в первый набор данных, относящийся к многонаправленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, и пары из первого набора соответствуют амплитудам отражений в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений данного многонаправленного отражателя, и второй набор данных, относящийся к направленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом второй набор данных содержит для данного направленного отражателя по меньшей мере одну пару, соответствующую амплитуде отражения по одному рабочему направлению данного отражателя. Функция обработки выполнена с возможностью установления третьего набора данных посредством интерполяции пар из первого набора данных и второго набора данных, при этом пары из третьего набора данных соответствуют стандартным амплитудам для по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя.
Приложение 1: исходные данные