СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНТЕТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
METHOD OF SIMULATING NON-DESTRUCTIVE TESTING OPERATIONS IN REAL CONDITIONS USING SYNTHETIC SIGNALS

Область техники
Изобретение относится к способу моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов.
Изобретение касается операций неразрушающего контроля. Оно относится к категории имитаторов, работающих на таком же принципе, что и рабочие имитаторы, такие как имитаторы полета или имитаторы поста управления ядерными электростанциями, но его применяют также к операциям неразрушающего контроля.
Уровень техники
В настоящее время существует первая потребность, связанная с оценками вероятности обнаружения (английское сокращение: POD или ′′Probability of Detection′′), относящимися к процедуре контроля. Применяемый в настоящее время полностью экспериментальный подход представляет собой очень дорогостоящую задачу (порядка 200 тысяч евро), которая требует изготовления большого числа деталей, имеющих типичные дефекты и позволяющих выработать статистику обнаружения посредством анализа результатов осмотров, осуществляемых множеством контролеров.
В настоящее время разрабатываются методики выработки кривых POD с использованием данных, полученных в результате моделирования, но их недостатком является отсутствие учета человеческого фактора поведения, который может оказывать существенное влияние на статистику обнаружения (усталость, доступ, считывание с экрана, интерпретация/диагностика …).
Соответственно существует потребность в количественном определении эффективности обнаружения при помощи программ автоматической диагностики.
В настоящее время существует также вторая потребность, связанная с обучением операторов для осуществления сложных операций неразрушающего контроля на репрезентативных деталях. Высокая стоимость авиационных деталей, а также сложность в воспроизведении реалистических дефектов, в изменении их характеристик (геометрия, положение) затрудняют и даже делают невозможной подготовку операторов в рабочих условиях. Таким образом, имитатор мог бы позволить обучать контролеров CND в реалистических условиях и представить им самые разнообразные дефекты и рабочие аварии. Это позволило бы существенно повысить надежность осмотров, а также обеспечить хорошее обучение процедурам.
Наконец, существует также потребность в проверке достоверности и сложности применения процедур, а также их чувствительности к рабочим условиям, то есть в их качественном определении. Это позволяет разработать процедуры в реалистических условиях в фазе конструкторской разработки и заранее определить характеристики обнаружения, прежде чем перейти к установлению POD (вероятности обнаружения) для получения файла обоснования.
Целью является повышение надежности неразрушающего контроля CND во время фаз изготовления или технического обслуживания при приемлемых затратах.
Из уровня техники известна методика оценки кривых POD (вероятности обнаружения) посредством экспериментального подхода.
Оценка кривых POD вытекает из статистического анализа результатов осмотров на совокупности репрезентативных дефектов в конструкции, являющейся объектом процедуры.
Дефекты образца должны быть распределены в диапазоне размеров, который охватывает размеры очень редко обнаруживаемых дефектов и размеры чаще всего обнаруживаемых дефектов.
Получают данные, отображающие результат осмотра (количественного или двоичного) в зависимости от характеристического размера дефекта (фиг.1а). После статистического анализа получают кривые типа кривой, показанной на фиг.1b.
Критерии статистической репрезентативности предполагают наличие большого количества конструктивных образцов. Рекомендации MIL-HDBK-1823 (которые можно найти по следующему адресу URL: http://mhl 823.com/mh1823/MIL-HDBK-1823A(2009).pdf) указывают, по меньшей мере, на шестьдесят конструктивных элементов, содержащих дефекты, и дополнительно на пятнадцать образцов, не имеющих дефектов, чтобы контролировать степень ложных тревог.
Из уровня техники известны также оценки кривых POD, основанные на моделированиях.
Методология состоит в определении погрешностей на входных параметрах программы моделирования операции контроля (например, CIVA), чтобы смоделировать вариативность результатов осмотра (выходные данные моделирования).
Современные решения имеют следующие ограничения:
- с одной стороны, полностью экспериментальный подход является исключительно дорогим и ограничивает число доступных данных в статистике и/или репрезентативность образцов, используемых для серии испытаний (например, использование отрезков вместо панелей, установленных на конструкции);
- с другой стороны, полностью моделируемый подход не позволяет вводить реалистическую модель человеческого поведения, что сказывается на возможности охвата погрешностей, вызывает сомнения в достоверности результатов и в возможности их применения. Кроме того, одной из больших трудностей этого подхода является определение погрешности на входе моделирования с целью генерирования вариативности непосредственно на выходах.
Раскрытие изобретения
Изобретение призвано устранить недостатки известных решений и предложить способ моделирования неразрушающего контроля с использованием синтетических сигналов.
В связи с этим в своем самом общем смысле изобретение касается способа моделирования неразрушающего контроля при помощи, по меньшей мере, одного зонда, согласно изобретению он содержит следующие этапы:
- измерение контролируемых параметров, в частности, связанных с положением указанного зонда в пространстве; и
- генерирование синтетических сигналов, соответствующих операции неразрушающего контроля.
Согласно варианту осуществления указанное генерирование синтетических сигналов частично обусловлено конфигурацией, генерируемой генератором конфигурации, которая представляет собой виртуальный макет конструкции.
Предпочтительно указанный виртуальный макет конструкции дополняют введением дефектов и/или изменением свойств конструктивных элементов.
Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы являются измеряемыми сигналами.
Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы являются измеряемыми и изменяемыми сигналами.
Предпочтительно указанные сигналы изменяют по весовому коэффициенту, по усилению в зависимости от времени и/или в зависимости от передачи.
Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы являются имитируемыми и/или моделируемыми сигналами.
Согласно варианту осуществления указанные синтетические сигналы представляют собой комбинацию:
- измеренных и, возможно, измененных сигналов; и
- имитированных и/или моделированных сигналов.
Согласно варианту указанные синтетические сигналы измеряют в соответствующих зонах конструкции с учетом данных, связанных с реальным положением указанного зонда в пространстве.
Предпочтительно указанные синтетические сигналы измеряют в соответствующих зонах конструкции с учетом данных, связанных с регулировками, осуществляемыми оператором.
Согласно варианту осуществления измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют посредством простого кодирования.
Согласно варианту осуществления измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют посредством простого оптического кодирования.
Согласно варианту осуществления измерение контролируемых параметров, связанных с положением указанного зонда в пространстве, осуществляют при помощи устройств, включающих в себя гироскопы.
Изобретение относится также к устройству для осуществления вышеупомянутого способа.
Способ в соответствии с изобретением имеет следующие преимущества:
- он позволяет использовать только одну репрезентативную конструкцию (потенциально в реальных условиях), не имеющую дефектов. Дефекты вводят в моделирование при помощи генератора конфигурации (виртуальный макет), и оператор может контролировать N раз конструкцию с N виртуальных дефектов, разных и/или расположенных в разных местах конструкции;
- он позволяет получать сигналы на основании обратной реальной информации (например, проблема ультразвуковой связи);
- он позволяет произвольно изменять различные параметры, связанные:
i) с дефектами: положение, геометрия,
ii) с самой конструкцией: изменение толщины на противоположной стороне, наличие элементов жесткости, ненормальное присутствие стального крепления среди ряда титановых креплений,...
iii) с осмотром: искажение регулировочных значений при тесте на реакцию оператора.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания варианта выполнения изобретения, представленного в качестве примера, со ссылками на чертежи.
Фиг.1а иллюстрирует пример данных POD (вероятность обнаружения), и фиг. 1b показывает кривую POD.
Фиг.2 - принципиальная схема способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 - примеры синтетических сигналов.
Осуществление изобретения
В рамках изобретения предложено решение, которое позволяет реализовать имитатор неразрушающего контроля CND, на котором операторы реально осуществляют смотр, но при этом интерпретируют синтетические сигналы.
Сигналы, отображаемые на экране устройства контроля (оборудованного персональным компьютером PC), называются синтетическими, так как они не являются (в точности) сигналами, записанными считывающей картой используемого инструмента.
Эти сигналы могут, например, представлять собой:
- измеряемые сигналы;
- измеряемые и изменяемые сигналы (например, весовой коэффициент, усиление в зависимости от времени, в зависимости от передачи …);
- имитируемые и/или моделируемые сигналы;
- комбинацию измеряемых (и, возможно, изменяемых) сигналов и имитируемых/моделируемых сигналов.
Эти сигналы должны быть максимально реалистическими и соответствовать сигналам, которые могут быть измерены в соответствующих зонах конструкции с учетом данных:
- реального положения зонда в пространстве; и
- регулировок, осуществляемых (считываемых) оператором.
На фиг.2 представлена принципиальная схема способа в соответствии с изобретением: в данном случае производят рабочий осмотр. В зависимости от параметров, связанных с рабочим осмотром (регулировки, положение зонда, измеряемый сигнал …), и в зависимости от определения геометрии конструкции и от текущей конфигурации (дефекты, введенные генератором конфигурации) происходит генерирование сигналов. В зависимости от результата осмотра (сигнал, значение, картография …) принятие решения осуществляет оператор или автоматически программа, и, наконец, производится диагностика. В зависимости от конфигураций контроля генерируемые сигналы могут выводиться напрямую (в реальном времени) на экран контрольного прибора или поступать в программу, отвечающую за сбор данных, с целью последующей обработки для диагностики.
Способ в соответствии с изобретение включает в себя, в частности, три следующих этапа:
- измерение контролируемых параметров, связанных с положением зонда (или датчика) в пространстве;
- синтез сигналов, связанных с контролируемыми параметрами (включая зонд) и дефектов;
- установление соответствия между контролируемыми параметрами и сигналами через генератор конфигурации (виртуальный макет и дефект(ы)).
Генерирование синтетических сигналов обусловлено:
- измеренными контролируемыми параметрами;
- конфигурацией, генерированной «генератором конфигурации», которая представляет собой виртуальный макет (DMU) конструкции, причем макет DMU можно дополнить введением дефектов и/или изменением свойств конструктивных элементов (толщина деталей, геометрия на задней стороне, материал). Этот элемент можно сравнить с программным элементом, изменяющим параметры какой-либо части в видеоиграх.
Третьим важным элементом осуществления изобретения является установление связи между этими тремя подсистемами для обеспечения хорошей текучести при выведении синтетических сигналов на экран.
Измерение параметров «положение датчика» зависит от сложности операции осмотра, в частности от числа степеней свободы зонда:
- зонд перемещается в плоскости: две степени свободы, при этом достаточным является простое кодирование (двухосные автоматы);
- зонд перемещается по неплоской поверхности, но не может поворачиваться, или его вращение не влияет на измерение: можно использовать простое оптическое кодирование для определения его положения (х, у, z);
- зонд перемещается в пространстве с большим числом степеней свободы (х, у, z, Rx, Ry, Rz): можно применять сложные устройства, включающие в себя гироскопы (например, камеры и оптические метки на зонде, …).
На входе модуля генерирования синтетических данных можно использовать другие данные, например:
- параметры регулировки прибора, которые можно извлекать непосредственно из считывающей карты прибора;
- реально измеренные сигналы (или их часть), которые тоже можно извлекать непосредственно из считывающей карты прибора;
- конфигурация конструкция-дефект, выдаваемая генератором конфигурации.
На другом этапе генерируют синтетические сигналы, которые соответствуют текущей операции неразрушающего контроля CND, которую осуществляет оператор. Эти сигналы выводятся в реальном времени (или в записи) на экран контрольного прибора.
Таким образом, у оператора создается впечатление, что выводимые на экран сигналы являются реально измеряемыми сигналами.
Синтез сигналов широко применяют в музыкальной акустике, например, для цифровых инструментов. В данном случае разработаны два подхода. В первом случае цифровой инструмент «проигрывает» предварительно записанные ноты, извлекаемые из базы данных, чтобы генерировать реалистический акустический сигнал, в другом случае в синтетических сигналах используют моделированные сигналы с применением физических моделей инструмента.
Согласно этому же принципу можно синтезировать сигналы, соответствующие ответу на операцию неразрушающего контроля CND. Наиболее сходный случай относится к ультразвуковому контролю, в результате которого получает сигналы акустической эхографии конструкций. Вместе с тем, эту концепцию можно без ограничения применять для электромагнитных или радиографических сигналов.
Синтезированные сигналы можно, например, генерировать, используя:
- сигналы, предварительно измеренные и записанные в базу данных;
- моделированные сигналы;
- комбинацию реальных и моделированных сигналов, в частности, используя ответ дефекта, сначала смоделированный, затем интегрированный в реальный сигнал;
- сигналы (реальные или моделированные), прошедшие обработку (например, фильтрацию при пористости); и/или
- интерполяцию между двумя сигналами (реальными или синтетическими) для точного воспроизведения размытости, в частности, по краю дефектов.
На фиг.3 представлены примеры синтетических сигналов.
Этот синтез сигналов позволяет позиционировать «виртуальные» дефекты в любом месте конструкции и для любой возможной геометрии.
Связь между параметрами осмотра и синтетическим сигналом обеспечивают очень просто, используя приборы контроля, оборудованные, по меньшей мере, одним компьютером PC, который позволяет установить прямую связь между:
- считывающей картой;
- устройством измерения положения датчика в пространстве; и
- виртуальным макетом,
- модулем синтеза сигналов.
Факультативно можно применять интерактивность между оператором и измерительным прибором, например, для автоматического ввода результатов осмотра (обнаружение, амплитуда, размерность). Эту интерактивность можно обеспечить при помощи интерфейса ШМ (интерфейс человек-машина) измерительного прибора.
Изобретение может быть использовано любым изготовителем, применяющим неразрушающий контроль CND, или центрами подготовки и аттестации операторов CND с целью:
- осуществления оценок кривых PMD (вероятность обнаружения) в реалистических условиях и с небольшими затратами;
- применения и усовершенствования процедур контроля;
- подготовки операторов CND; или
- аттестации операторов CND в рабочих условиях.
Способ в соответствии с изобретением можно также применять для оценки эффективности диагностики при помощи программ анализа с использованием генерирования синтетических сигналов, содержащих вариативные дефекты (синтетические картографии).
Представленное выше изобретение описано в качестве примера. Специалист может реализовать различные варианты изобретения, не выходя за рамки патентной защиты.