Универсальный алгоритм локации источников акустической эмиссии

Карлов С.А.

ФГУП «Крыловскнн государственный научный центр». Санкт-Петербург. Россия

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ АЛГОРИТМ ЛОКАЦИИ ИСТОЧНИКОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Метод акустической эмиссии (АЭ) является одним из самых эффективных способов диагностики предопасного состояния конструкции. Для его успешного применения в заводских условиях требуется постоянное развитие и совершенствование методологии. Одним из основных методологических аспектов является решение задачи локации источников АЭ. что необходимо для обеспечения достоверности результатов АЭ-контролж.

При определении координат источников АЭ наибольшее распространение получит разностно-временной способ, в соответствии с которым координаты вычисляются по известным уравнениям локации. Основным недостатком данной концепции является сложность получения уравнений локации для объектов контроля сложной геометрической формы, а также для изделий, в материале которых присутствует сильная анизотропия в скорости распространения акустических колебаний. Автором разработан локационный алгоритм, в котором координаты источника АЭ извлекаются из массива данных по адресу, который определяется комбинацией номеров приемных каналов аппаратуры и соответствующих им задержек во времени регистрации акта излучения. Основное отличие данного алгоритма заключается в том, что для локации источников АЭ на отдельных участках одного и того же объекта контроля может использоваться различное количество каналов, которое определяется сложностью конкретного участка объекта контроля.

Разработанный локационный алгоритм был апробирован специалистами ФГУП «Крыловский государственный научный центр» при проведении АЭ-контроля по оценке качества сварных швов вваркн изделий 24 в основной корпус заказов, строящихся на АО «ПО «Севмаш». В результате выполненных работ была показана эффективность данного алгоритма при выявлении недопустимых сварочных дефектов.

Ключевые слова: акустическая эмиссия, метод акустической эмиссии, акустнко-эмнссионный контроль, преобразователь акустической эмиссии, алгоритм локации, локационная антенна, локационный алгоритм, разность времени прихода.

Автор заявляет об отсутствии возможных конфликтов интересов.

Для цитирования: Карлов С. А. Универсальный алгоритм локации источников акустической эмиссии. Труды Крыловского государственного научного центра. 2018; специальный выпуск 1:

УДК 620.179.18:534 DOI: 10.24937/2542-2324-2018-1-S-I-121-129

Karlov S.

Kiylov State Research Centre. St. Petersburg. Russia

A UNIVERSAL ALGORITHM FOR LOCATING ACOUSTIC EMISSION SOURCES

Hie acoustic emission (AE) method is one of the most efficient tools for early diagnostics of structural hazards. For successful application of this method at manufacturer's sites it is required to continuously develop and improve the methodology. One of the core methodological issues here is locating of AE sources as necessary to ensure reliable AE-monitoring results. The most common method to locate the coordinate of AE sources is a so-called time difference technique when the coordinates are calculated using the known equations. One of the drawbacks of this concept is that the such equations are quite difficult to derive for objects of sophisticated geometry as well as for products whose materials feature strong anisotropy in terms of acoustic vibration velocity. The author suggests a locating algorithm where the AE source coordinates are extracted from a set of data based on the address defined by a combination of receiving channel numbers and then' corresponding tune delays in recording the emission event. The main distinctive feature of this algorithm is that AE sources can be located in different places on the same test object using different number of channels, and this number is chosen depending on the complexity of specific sections subjected to monitoring. The developed locating algorithm lias been proven by KSRC experts during AE examination of set-in welded joints on the hulls under construction at Sevmash. It has been confirmed that this algorithm enables efficient detection of unacceptable defects in welded joints.

Key words: acoustic emission, acoustic emission method, acoustic emission monitoring, acoustic emission transducer, locating algorithm, locating antenna, arrival tune difference.

Author declares lack of the possible conflicts of interests.

For citations: Karlov S. A universal algorithm for locating acoustic emission sources. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2018: special issue 1:

UDC 620.179.18:534 DOI: 10.24937/2542-2324-2018-1-S-I-121-129

Введение

Introduction

В связи с необходимостью сокращения сроков строительства атомных подводных лодок на АО «ПО «Сев-маш» и повышения надежности диагностики качества сварных швов вварки ответственных элементов конструкций было принято решение в дополнение к ультразвуковому (УЖ) и радиографическому (РГК) методам неразрушающего контроля (НК). которые являются штатными в судостроении, использовать метод АЭ.

С варные швы судокорпусных конструкций зачастую имеют сложную геометрическую форму, а ввариваемые элементы при этом могут иметь полости большого диаметра, через которые прохождение агсу-стггческих колебаний невозможно. Кроме того, в районе контролируемого сварного шва, как правило, находятся элементы насышешгя. также препятствующие распространению сигналов АЭ. В результате применение традшщонных методов локации для контроля подобных объектов встречает большие трудности.

Для решения задачи определения местоположения источншса АЭ в сварных швах сложной формы автором разработан локационный алгоритм, в котором координаты источника АЭ извлекаются из массггва данных по адресу, который определяется комбгшаци-ей номеров приемных каналов аппаратуры и соответ-ствуюгщгх им задержек во времени регистращш акта излучения. Основное отличие данного алгоритма заключается в том, что для локации нсточнггков АЭ на отдельных участках одного и того же объекта контроля может использоваться различное количество преобразователен акустической эшгссгш (ПАЭ), которое определяется сложностью конкретного участка объекта контроля.

Предлагаемый локационный алгоритм позволяет: для участков контроля, в которых присутствует избыток локационной информащш. дополшггельно учитывать влггяние различных факторов на точность локации:

на участках контроля, где стабильная регистрация локационных серий возможна лишь минималь-ныы числом ПАЭ. определять координаты источников излучения с достаточной степенью достоверности.

Обоснование актуальности применения метода акустической эмиссии

Benefits of АЕ method application

Наличие в элементе конструкции опасного концентратора напряжений приводит к значительному

увеличению действующих напряжений в локальной области, величина которых может превышать предел прочности материала. В результате этого в объеме повышенной концентрации напряжений происходит проскок трещины. Данный процесс на участке про-двггжения трещины сопровождается высвобождением части запасенной упругой энергии в виде сигнала АЭ. Это позволяет методу АЭ оценивать дефект по динамике его развития.

Таким образом, метод АЭ выявляет только развивающиеся (наиболее опасные) дефекты. Подобный подход к оценке опасности дефекта является более объективным по сравнению с классификацией дефектов по их условным размерам, что принято при использовании таких традггционных методов НК, как УЗК и РГК.

Бесспорным преимуществом метода АЭ является возможность оценки качества выполнения сварных швов в процессе их изготовления. Это позволяет оперативно исправлять сварочные дефекты, тем самым существенно уменьшая трудоемкость этой операцшг. и. что более важно, снижая негативное влияние на прочность сварного шва внесения избыточной термической энергшг в процессе выборки гг повторной заварки дефектного участка сварного шва.

В обеспечение применения АЭ-диагностики для оценки качества сварных швов на территории АО «ПО «Севмаш» была проведена экспериментальная работа по АЭ-контролю сварных соединений опытных образцов в процессе их выполнения [1]. При этом решалггсь следующие задачи:

оценка принципиальной возможности выявле-нггя методом АЭ сварочных дефектов, которые моделировались в процессе выполнения сварных соединений.

отработка технологии АЭ-контроля качества ау-стенитных сварных швов, имитирующих шов вварки ггзделий 24 в основной корпус подводной лодки (ГШ).

Общий вид опытного образца № 3 гг его основные конструктивные размеры приведены на рис. 1. Схема расстановки ПАЭ для АЭК качества ггзготов-ленггя сварного соедггнения предусматривала расположение 4-х преобразователей № 1 № 4 (по два ПАЭ с каждой стороны стенки образца) вдоль линии сварного шва на расстоянии 350 мм от нижней кромки разделки. Величина базы шшейной антенны (расстояние между ПАЭ № 1 и № 2, № 3 гг № 4) составляла 1000 мм.

В сварном шве опытного образца в процессе его изготовления «естественным» образом, путем нарушенггя технологии сварки, моделировались различные виды сварочных дефектов (непровары.

сторона I

CH. 9 CH. 10 Ch. 11 * CH 12

№1 Ns2 N93 Nv4 N«5 М»7

№1 -,№2

О LO со 4 У ТМаЗ сторона I №4J

800 (100*81 J*V

- 100 - 1000

Р»Лочлв да« <см. ТТ г 1) 1200

Рис. 1. Общий вид опытного образца № 3 и схема расположения преобразователей акустической эмиссии Fig. 1. General view of test sample No. 3 and layout of AE transducers

не сплавления, трещины). Дефекты закладывались на различных стадиях формирования сварного шва: в корне, по линии сплавления и в усилении сварного шва. Для моделирования сварочных дефектов рабочая зона сварного шва была разделена на 8 равных участков по 100 мм каждый (обозначены как «№ 1 + № 8» на рис. 1).

Результаты контроля качества сварного шва на опытном образце № 3 представлены в таблице. Здесь для каждого участка, на котором был внесен дефект, указан его номер, тип вносимого дефекта и результаты контроля используемых в данной работе методов НК, а также результаты исследования макрошлифов.

Из таблицы следует, что ни один из методов контроля не классифицировал все дефекты как недопустимые. Стоит также обратить внимание, что, несмотря на общие для РГК и УЗК критерии оценки

опасности дефектов по условным размерам, их результаты о недопустимости дефекта совпали только для несплавления на участке №6.

Тем не менее, комплексная оценка качества сварного соединения на образце №3 штатными методами НК (РГК и УЗК) позволила выявить недопустимые дефекты на пяти участках контроля из шести.

Особого внимания заслуживает участок № 4, где дефекты не моделировались. Однако на этом участке методом АЭ в процессе сварки был выявлен источник АЭ, свидетельствующий о наличии в этом месте сварного шва недопустимого развивающегося дефекта. Впоследствии дефект на участке № 4 был подтвержден результатами исследований макрошлн-фов. Таким образом, методом АЭ был зафиксирован реальный сварочный дефект, появившийся в процессе сварки вследствие нарушения технологии.

Таблица. Результаты контроля качества сварного шва на опытном образце № 3 Table. Welded joint quality control on test sample No.3

Номер участка опытного образца № 3 Тип моделируемого дефекта

JVa 1 Jjfe 3 №4 J6 5 JVa 6 8

непровар трещина сварочный дефект непровар неспл явлен не непровар

РГК не годен не годен нет нет не годен допустим

УЗК допустим допустим допустим не годен не годен не годен

АЭК допустим не годен не годен допустим не годен допустим

Наличие дефекта на макрошлнфе есть есть есть есть есть есть

Результаты проведенной работы показали, что метод АЭК следует, наряду со штатными методами РГК и УЗК, рассматривать как равноправный метод НК для оценки качества выполнения сварных соединений. При этом метод АЭК расширяет возможности контроля качества сварных швов и обеспечивает выявление небольших по размерам, но опасных развивающихся дефектов.

Актуальность предлагаемой концепции алгоритма локации

Advantages of the suggested locating algorithm concept

Решение задачи локации источников АЭ является основным методологическим аспектом, предусмотренным в большинстве нормативных документов по выполнению АЭК.

При выборе алгоритма локации для конкретного объекта контроля необходимо иметь четкое представление об особенностях конструкции. В частности. при выполнении работ по АЭ-диагностике качества сварных швов вварки ответственных изделий на АО «ПО «Севмаш» имелись факторы, которые способствовали упрощению задачи определения координат источников АЭ:

сферическая и цилиндрическая часть основного корпуса ПЛ имеет радиус кривизны, который намного превышает расстояние между группой ПАЭ, образующих общую локационную антенну, а при таких условиях вполне допустимо представлять объект контроля в виде листа; ПАЭ находятся на таком расстоянии от контролируемого сварного шва. которое в несколько раз превышает толщину объекта контроля, и для объемных волн вполне допустимо пренебрегать толщиной объекта контроля: скорость распространения упругих колебаний в материале основного корпуса можно принять постоянной;

в сварном шве гранейентрнрованные кристаллы аустенита начинают расти перпендикулярно кромке сварного шва, и по мере заполнения шва растут вдоль направления теплоотвода. то есть перпендикулярно границе расплавленного металла [2]. Таким образом, кристаллиты в основном формируются в направлении, перпендикулярном поверхности объекта контроля, и потому перпендикулярно распространению волнового пакета. В этом случае анизотропия скорости распространения практически не наблюдается:

основной путь волнового пакета проходит в материале основного корпуса, поэтому незначительными отличиями в скорости распространения волнового пакета в основном корпусе и сварном шве можно пренебречь. С другой стороны, для данных объектов контроля имеются сложности, возникающие при решении задачи локации. В частности, из рис. 2, на котором представлена схема расстановки ПАЭ при вварке одного из изделий, очевидно, что сварной шов имеет сложную геометрию. Кроме того, здесь показана проекция сварного шва. а реальная его форма получается при пересечении со сферической частью корпуса. Поэтому получить точное уравнение, описывающее геометрию сварного шва. практически невозможно.

Кроме того, сварные швы выполняются из аусте-ннтных сталей, имеющих высокую степень затухания сигналов АЭ, а ввариваемые элементы конструкции имеют внутренние полости, через которые прохождение акустических колебаний невозможно.

Дополнительные сложности при определении координат источников АЭ создают элементы насыщения. находящиеся в районе контролируемого сварного шва, также изготовленные из аустенитных сталей и имеющие внутренние полости.

Таким образом, на некоторых участках сварного шва устойчивая регистрация событий АЭ возможна только двумя ПАЭ.

Учитывая нелинейность геометрии сварного шва. вывод уравнения локации для двух ПАЭ невозможен. Одним из решений данной проблемы могао бы быть увеличение числа ПАЭ, чтобы обеспечить уверенный прием сигналов со всех участков сварного шва тремя ПАЭ, что необходимо для использования плоскостной локации. Но из-за наличия элементов насыщения это не всегда возможно, а во многих случаях и не целесообразно, т.к. при уменьшении базы расстановки между ПАЭ, образующими приемную антенну, возрастает погрешность математической модели, используемой для решения задачи локации.

Еще одним требованием, предъявляемым к алгоритму локации, является тот факт, что дня интерпретации результатов АЭК процесса сварки используется координатно-временное представление, где в качестве координаты целесообразно использовать протяженность по сварному шву. Однако применительно к сварному шву. показанному на рис. 2, обеспечить равномерность протяженности шва в зависимости от угловой координаты в случае использования планар-ной локации не представляется возможным.

Рис. 2. Схема расстановки преобразователей акустической эмиссии для контроля сварного шва вварки ответственного изделия на АО «ПО «Севмаш»

Fig. 1. Layout of АЕ transducers to examine a set-in welded joint at a critical product of Sevmash

Реализация алгоритма локации для контроля сварных швов

Implementation of the locating algorithm for examination of welded joints

Для успешного выполнения АЭ-диагностики на АО «ПО «Севмаш» необходимо было разработать локационный алгоритм, позволяющий эффективно решать задачу определения местоположения источника АЭ в сварных швах сложной формы. При этом дня решения задачи определения координат должно было быть достаточно регистрации события АЭ двумя ПАЭ.

Автором была разработана концепция, при которой координаты источника определяются из хранилища акустической информации. Бесспорным преимуществом такого подхода является возможность привязки к реперным точкам, например, к границам разметки участков РГК. Дня этого на этапе подготовки к АЭ-контролю в этих точках производится имитация сигналов источником Су - Нильсена [3]. Полученная акустическая информация обрабатывается в специализированной программе, которая преобразует исходные данные в конфигурационный файл настройки.

В результате координата реального источника АЭ непосредственно в процессе выполнения АЭ-контроля определяется из локационной матрицы по адресу, включающему номер зоны, соответствующей паре сработавших ПАЭ, и разность времени прихода (РВП) сигнала на эти ПАЭ:

Рис. 3. Условная схема распространения сигнала от источника акустической эмиссии на участке сварного шва сложной формы

Fig. 3. Schematic diagram of AE signal propagation from the AE source on a welded joint of complicated geometry

Координата=Матрииa [ Зона

где «Канал1» и «Канал2» - приемные каналы аппаратуры, которые должны первыми зарегистрировать сигнал от источника АЭ для конкретной зоны.

При нелинейной конфигурации контролируемого сварного шва для некоторых участков шва номер зоны может определяться некорректно. В частности, истинная координата источника АЭ, показанного на рис. 3, определяется РВП сигнала на ПАЭ 1 и ПАЭ 3. Однако для схемы расстановки ПАЭ в рассматриваемом районе сварного шва из-за возможности прохождения сигнала через объект контроля R^>Rr поэтому координата источника определится РВП сигнала на ПАЭ 1 и ПАЭ 2, что приведет к ошибке.

Для выделения «некорректной антенны» предлагается проводить амплитудную проверку по следующей логике:

если А3+ ДА> А:,

то Ко ординат а=Матрица [Зона

где А, и Aj - амплитуды импульсов в каналах, зарегистрировавших сигнал от источника АЭ вторым и третьим по времени прихода; Дд - добавка к амплитуде в «КаналеЗ».

Применение данного алгоритма основывается на том. что сигнал АЭ при прохождении через сварной шов (особенно из аустенитных марок сталей) в общем случае затухает существеннее, чем при распространении по материалу объекта контроля. Величина добавки ДА определяется эксперимен-

Г г d п it 1:11 О 1 .»:. J М4дргпит denser

источник АЭ  "

сварочная дорожка

_LZ,_!_Т__т_,_,_т_,__t_т_т__,_т_,_т_f_,_fll,_t_t_,_т_t_,_f_,_,_,__t_T_T_,_!_r ,16

s ig is 2D 2 5

Наивручкга«

Рис. 4. Координатно-временное распределение событий АЭ, зарегистрированных аппаратурой КАЭМС при выполнении сварочных работ на заказе зав. № 162

Fig. 4. Coordinate/temporal distribution of AE events recoded with the Acoustic Emission System during welding jobs on vessel of Project No. 162

тально для конкретного объекта контроля, в зависимости от интенсивности затухания сигнала АЭ при его прохождении через область сварного шва.

Разработанный локационный алгоритм был интегрирован в программу анализа АЭ-ннформа-ции аппаратуры КАЭМС и апробирован на АО «ПО «Севмаш» при выполнении работ по АЭ-диапюсти-ке качества сварных швов в процессе вварки ответственных узлов в корпус заказов. Результаты проведенных работ показали, что применение этого алгоритма локации позволяет оперативно, в процессе выполнения сварочных проходов, выявлять опасные источники, свидетельствующие о наличии в данных районах сварного шва недопустимых дефектов.

В частности, на рис. 4 показано координатно-временное распределение событий АЭ, зарегистрированных аппаратурой КАЭМС при выполнении фрагмента сварочных работ на заказе зав. № 162. Здесь по оси X показаны участки РГК (№ 1 26) и относительное расположение ПАЭ (№ 11. № 12, № 15-Н№ 18), а по оси Y - время выполнения сварочных работ.

Из представленного рисунка следует, что на участке № 5 сварного шва зарегистрирован источник АЭ. обладающий совокупностью следующих признаков:

активное излучение апналов АЭ с высокой степенью опасности по параметру Danger в локальном месте сварного шва после прохождения сварочной дугой данного участка шва, т.е. на начальной стадш! его остывания:

повторная регистрация активного источника АЭ-снгналов в данном месте сварного шва на последующих проходах.

По методологии АЭ-контроля перечисленные критерии являются необходимыми признаками наличия в сварном шве недопустимых развивающихся дефектов, выявление которых является основной задачей метода АЭ.

К недостаткам данного алгоритма локации стоит отнести следующие:

в реальности сварной шов имеет ширину, поэтому его представление как линейного объекта вносит дополнительную погрешность; разномодовость волнового пакета и зависимость эффективности амплитуды возбуждения отдельных составляющих от положения источника относительно поверхности установки ПАЭ, а также связь пути прохождения волнового пакета по объему сварного шва в зависимости от положения источника по его ширине при некоторых условиях могут сделать амплитудную проверку уязвимой;

некорректная схема расстановки ПАЭ может привести к невозможности однозначной интерпретации координаты источника на нелинейном участке сварного шва.

Для того, чтобы нивелировать все эти недостатки. а также повысить точность локации источников АЭ за счет использования параметра достоверности локационных антенн, была разработана концепция универсального алгоритма локации.

Концепция универсального алгоритма локации

Concept of universal locating algorithm

Концепция, при которой данные об акустической информации извлекаются из конфигурационного файла настройки в оперативную память, позволяет реализовать алгоритм локации, максимально адаптированный к конкретному объекту контроля.

В этой концепции координаты источника АЭ будут извлекаться из хранилища локационной информации по адресу, определяемому массивом каналов и РВП в зарегистрированной локационной серии:

Координата=Хранилшц е[Лок антенна

где «Массив каналов» - массив номеров каналов в зарегистрированной локационной серии:

«Массив РВП» - массив РВП в зарегистрированной локационной серии:

«Хранилище» - хранилище данных локационной информащш об объекте контроля, загружаемое в оперативную память из конфигурационного файла настройки.

Генерация файла конфигурации может быть выполнена по результатам процедуры имитации по границам зон (участкам РГК), отмеченным на объекте контроля. Такой подход имеет ряд достоинств:

траектория распространения от источника до ПАЭ соответствует реальной геометрии объекта контроля:

возможность привязки к реперным точкам на объекте контроля позволяет оперативно представлять результаты АЭК.

Файп конфигурации локационной информации может также быть сформирован по результатам математического моделирования. Такой подход стоит использовать только при большой области контроля с нелинейной геометрией и там. где нет возможности произвести имитацию по всей области контроля.

При любой реализации объект контроля разбивается на элементарные зоны, размер которых определяется необходимой точностью локации для конкретной конструкции. Размер элементарных областей не может быть меньше максимальной разрешающей способности в точности определения координат. На рис. 5 представлена условная схема представления локационной информации об объекте контроля.

Здесь для каждой элементарной области содержится весь набор необходимой информации. Во-первых. это координаты участка в N-мерном пространстве объекта контроля. Также здесь может храниться

Участок контроля

Рис. 5. Условная схема представления локационной информации об объекте контроля

Fig. 5. Schematic representation of location data for the object under monitoring

любая информация, индивидуальная дня данной области и полезная для целей АЭК. Например, методология АЭ-диагностики процесса сварки подразумевает анализ графической информации. При этом координаты каждого источника АЭ должны быть пересчитаны в координаты пикселя на диаграмме. Этой процедуры можно избежать, если на этапе генеращш локационной схемы в каждую элементарную область произвести запись индексов пикселя. Также дня каждой элементарной области можно было бы хранить свои критериальные признаки. Это особенно актуально для конструкций, где имеет место сильное затухание амплитуды волнового пакета и искажение его формы.

Возможность использования разного числа ПАЭ для решения задачи локации позволяет на участках контроля, где присутствует избыточность локационной информации, использовать веса локационных достоверно с тей для каждой из задержек. А в случае, когда регистрация возможна только минимально допустимым числом ПАЭ. такой подход позволяет с максимально возможной в таких условиях достоверностью определять координаты источника АЭ. Д.чя того, чтобы обеспечить гибкость локационной системы, было реализовано локационное дерево, представленное на рис. 6.

При регистрации события АЭ по номеру первого принявшего сигнал канала производится обращение в массив, где дня каждого ПАЭ, участвующего в решении локационной задачи, хранится ссыпка на локационное дерево. Локационное дерево представляет собой группу последовательно соединенных ветвей. Каждая ветвь хранит в себе информацию

) индекс -  )

/ Ссылка на Л о<ационион дерево (

Конечность серии

Отростки

Локационная антенна

Локационная антенна

(Локационный массив;

Локационный! массив |

7"

Локационный массив

Смещение го РВП : Массив":

Элементарная область

Рис. 7. Схема представления хранилища данных Fig. 7. Schematic representation of data storage

Рис. б. Схематичное представление локационного дерева

Fig. 6. Schematic locating tree

о номере канала, соответствующего ен, конечности локационной серии, всех отростков, представляющих собой ссыпки на дочерние ветви. Здесь также хранится ссылка на локационную антенну.

Обработка события в локационном дереве включает в себя следующие этапы:

для текущей ветви по логическому указателю о конечности серии определяется необходимость продолжения формирования локационной серии: в случае целесообразности продолжения формирования серш! на вход этой ветви из массива каналов серии подается значение номера канала на текущей итерации:

номер этого канала сопоставляется со значениями ключей в отростках и. в случае успешного поиска. обнаруженная ветвь передается на следующий шаг формирования серии. В противном случае формирование серии продолжается с использованием текущей ветви:

по окончании формирования локационной серии происходит проверка на существование ссыпки на локационную антенну для последней обнаруженной ветви. При непустой ссылке сформированный массив РВП серии подается на вход локационной антенны.

Задачей локационной антенны является хранение ссылок на элементарные области контроля и обеспечение доступа к ним по ключу, представляющему собой массив РВП для каналов, образующих локационную серию. Учитывая тот факт, что для локационной антенны у каждого ПАЭ в серии свой диапазон изменения РВП. а начиная с третьего канала в серии РВП может начинаться не с нуля, то использование здесь

массива или массива массивов приведет к крайне нерациональному использованию оперативной памяти.

В этом случае одним из самых эффективных способов хранения информации является хэш-таблица. В ней доступ к элементу осуществляется через его хэш-функцию. Для этого необходимо реализовать алгоритм определения хэш-кода. При этом очевидно, что эта процедура требует дополнительных временных затрат. Кроме того, реализация хэш-функции, которая дня всего множества статических значений ключей определяет свой уникальный индекс (без коллизий) приводит к большому перерасходу оперативной памяти. Д.чя того, чтобы реализовать «идеальное» (обеспечивающее поиск элемента за одно обращение к памяти) хэширование при эффективном расходе памяти в книге [4] предлагается использовать двухуровневую схему хэширования. Из-за трудоемкости определения ключа для локационной серии, с точки зрения скорости поиска в этом сценарии более рационально было бы использовать «не идеальную» хэш-таблицу, где коллизии разрешаются методом цепочек или методом открытой адресации. В методе цепочек необходимо использовать дополнительную память для организации связанного списка. Для «не идеальной» хэш-таблицы в ячейках массива также необходимо хранить значение ключа. А степень приближения к поиску нужного значения за один шаг определяется коэффициентом заполнения хэш-таблицы. Таким образом, для быстрого поиска по ключу в «не идеальной» хэш-таблице необходимо избыточное использование оперативной памяти.

С целью обеспечения более быстрого доступа к значению и при этом эффективному использованию оперативной памяти автором была реализована своя специальная коллекция. Эффективность в использовании оперативной памяти этим хранилищем данных

обусловлена тем, что подавляющее большинство объектов контроля представлены в пространстве PB П. как непрерывные множества, смещенные от нулевого значения на некоторую величину. На рис. 7, показано схематичное представление этой коллекции.

Доступ к хранилищу элементарных областей, представленному на рис. 7, включает в себя следующие этапы:

на вход локационной антенны подается массив РВП из сформированной серии; дня каждой РВП в массиве последовательно происходит поиск в текущем локационном массиве по индексу, определяемому как разница между адресуемой РВП и смещением по РВП. заданным в локационном массиве, к которому происходит обращение;

в случае успешного поиска доступ по следующей РВП уже происходит к найденному локационному массиву, в противном случае поиск преждевременно заканчивается: после того, как обход всех РВП в серии успешно завершен, происходит извлечение ссыпки на элементарную область.

В разработанном хранилище данных доступ к элементарной области происходит за N-1 шагов, где N - длина локационной серии. На каждом шаге происходит проверка на попадание текущей РВП в допустимый диапазон значений. Данная проверка была бы обязательна при любой реализации коллекции. А к дополнительной операции при поиске на каждом шаге стоит отнести только вычисление значения индекса. Но эта процедура достаточно проста, поэтому выполняется за короткий интервал времени.

Концепция универсального локационного алгоритма реализована на современном языке программирования С#. Для ее внедрения в АЭ-диагностику сейчас ведется разработка генератора локационной настройки, способного максимально эффективно учитывать все особенности объекта контроля.

Выводы

Conclusion

Разработанный алгоритм локации для АЭ-контроля сварных швов сложной формы продемонстрировал

свою высокую эффективность на практике, позволив выявить ряд дефектов, которые были бы пропущены традиционным алгоритмом плоскостной локации.

Автором разработан локационный алгоритм, способный эффективно решать любые задачи АЭ-диагностики, где применим разно с тно-временной подход к определению координат источника АЭ. Для его окончательного внедрения в настоящее время выполняется разработка генератора локационной настройки.

Библиографический список

References

1. Результаты АЭ контроля качества сварных швов при изготовлении опытных образцов на ОАО «ПО «Сев-маш». Научно-технический отчет. Вып. №47413. СПб.: ФГУП «Крыловскин государственный научный центр». [Results of АЕ quality control on welded joints during fabrication of test samples at JSCo PO Sevmash. Technical Report. Issue No.47413. SPb.: Krylov State Research Centre. (In Russian)].

2. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. Неразрушающнй контроль. Т. 3. М.: Машиностроение. 2006. YErmolov I.N.. Lange 1U. V. Ultrasonic Testing. Non-destructive tests. V.3. M.: Mashinostroenie. 2006. (In Russian)].

3. Иванов В.И., Власов И.Э. Метод акустической эмиссии. Неразрушающнй контроль. Т. 7. Кн. 1. М.: Машиностроение, 2005. [Ivanov V.I., VlasovI.E. Acoustic Emission Method. Non-destructive testing. 2005. (In Russian)].

4. Кормен Т., Лвйзерсон Ч.. Ривест Р., Штайн К. Алгоритмы: построение и анализ. М.: ООО «И.Д. Вильяме». 2013. [Thomas Н. Cormen, Charles Е. Leisemon, Ronald L. Rivest Introduction to Algorithms. M. ООО I D. Viliams. 2013. (Russian translation)].

Сведения об авторе

Карлов Сергей Анатольевич, инженер I категории ФГУП «Крыловскнй государственный научный центр». Адрес: Санкт-Петербург. 196158. Московское шоссе, д. 44. Тел.: 8 (812) 415-33-23: E-mail: krylov@krylov.spb.ru.

About the author

Karlov S.. Engineer 1st catergory. Krylov State Research Centre. Address: Moskovskoe shosse 44. St. Petersburg. 196158, Russia. Tel.: 8 (812) 415-33-23; E-mail: krylov kiylov.spb.ru.

Поступила / Received: 12.03Л8 Принята в печать / Accepted: 18.04Л8 © Карлов CJV, 2018