Методология визуализирующих методов НК: три составные части успеха автоматизированных

Методология визуализирующих методов НК: три составные части успеха автоматизированных систем

Об авторах

Сотрудники ЗАО «Виматек», Санкт-Петербург

Необходимо войти для просмотра
Ершов Сергей Гениевич
Директор, к. ф.-м. н., доцент,
II уровень по мргнитопорошко-вому и капиллярному методам контроля.
Специалист в области физики поверхности твердого тела.

Необходимо войти для просмотра
Заславский Сергей Леонидович
Технический директор, к. ф.-м. н.
Специалист в области электромагнитных методов НК.

От современного производства требуется продукция высокого качества при минимальных затратах. Это обеспечивается массовым применением высокоточных автоматических линий, станков и т. д. Сдерживающим фактором начинает становиться контроль произведенной продукции - контроль качества деталей. Естественно, речь идет только о неразрушающих методах контроля. Возможность автоматизации этих методов в настоящее время является одним из определяющих факторов повышения производительности при одновременном повышении качества продукции.

Методы НК можно разделить на две большие группы - методы, которые дают информацию о дефекте в виде показаний электрических приборов, и методы, позволяющие визуализировать дефекты, т. е. получить изображение детали (или ее части), на котором присутствуют изображения дефектов (если они имеются). Методы первой группы достаточно легко могут быть автоматизированы. С методами второй группы дело обстоит гораздо сложнее. К этой последней группе относятся такие методы НК как магнитопорошковый, капиллярный и рентгеновский. Рентгеновский метод относится к объемным методам НК, в то время как магнитопорошковый и капиллярный методы - к поверхностным. Главное достоинство этих методов - их наглядность. Сам метод лишь помогает визуализировать дефект, делает его наглядно видимым и обращает внимание де-фектоскописта именно на ту часть изделия, которая содержит дефект. Однако в этой наглядности есть и своя отрицательная сторона - необходимость непосредственного участия в процессе контроля оператора, которая долгое время существенно ограничивала применяемость и производительность работы установок магнитопорошкового контроля. По этой же причине существенно затруднена автоматизация контроля, прежде всего вследствие субъективного отношения к автоматизации визуализирующих методов. Отдельной строкой во всех методах контроля проходит роль дефектоскописта как человека, принимающего решение о годности детали или ее дефектности.

В статье на примере магнитопорошкового метода предпринята попытка обозначить те условия, которые позволяют автоматизировать визуализирующие методы контроля. Мы не ставим своей целью рассмотреть здесь все аспекты магнитопорошкового контроля, обратим внимание только на степень их влияния на качество контроля при автоматизации процесса.

Основные условия, которые обязательно должны быть соблюдены в автоматизированной системе НК:

• автоматизация процесса загрузки-выгрузки детали;

• мониторинг параметров процесса контроля;

• автоматизация процесса измерения;

• автоматизация процесса обработки данных контроля;

• автоматизация процедуры принятия решения.

Только при выполнении всех этих условий можно говорить об автоматизированной системе контроля.

Применительно к процессу магнитопорошкового контроля к исходным параметрам, отслеживание которых необходимо, относятся:

- напряженность магнитного поля на поверхности детали;

- освещенность в зоне осмотра;

- в случае магнитолюминесцентного метода дополнительно ультрафиолетовая освещенность;

- выявляющая способность суспензии;

- качество передачи изображения;

- качество программы автоматического поиска и определения дефектов.

Рассмотрим влияние этих параметров более подробно.

Проще всего установить нужную напряженность магнитного поля на поверхности детали. Если правильно выбрана схема намагничивания, текут расчетные токи, не нарушена геометрия установки, то и магнитное поле будет соответствовать требуемым параметрам. Кроме того, магнитное поле можно легко автоматически проконтролировать с помощью достаточно простого прибора, который включается в систему автоматизации.

Освещенность в зоне контроля - при использовании черных или красных суспензий требуется обеспечить контраст, т. е. фактически требуется достаточное освещение рабочего места. Это является плюсом при использовании черных суспензий, но является и существенным препятствием на пути автоматизации систем магнитопорошкового контроля. Использование цветных суспензий дает достаточный контраст при визуальном наблюдении в обычном (дневном или искусственном) свете. Однако использование таких суспензий и обычного света для освещения приводит к появлению бликов, от которых практически не удается полностью избавиться при наблюдении с помощью видеокамер. По этой причине в автоматизированных системах применяются исключительно магнитолюминесцентные суспензии. В этом случае часть детали, не содержащая на своей поверхности достаточного количества магнитного порошка, вообще не светится. При этом отраженный свет также не поступает на видеокамеру, так как камера настроена на видимый свет, а освещение осуществляется ультрафиолетом, который задерживается входным фильтром видеокамеры. Для этих суспензий необходимо обеспечить достаточный уровень именно ультрафиолетовой освещенности при интенсивности рассеянного постороннего света не более заданной величины. Только тогда магнитолюминесцентные суспензии реализуют все свои преимущества - высокий контраст и высокую чувствительность. Практически чем меньше рассеянного света в зоне осмотра, тем выше качество получаемого изображения, тем выше чувствительность системы, тем быстрее может осуществляться получение изображения (тем меньше требуемое время накопления), тем выше производительность.

Ультрафиолетовая освещенность также измеряется достаточно просто ультрафиолетовым радиометром. Также просто измеряется и общая освещенность.

Выявляющая способность суспензии - это на сегодняшний день наиболее сложная часть в мониторинге параметров автоматизированной магнитопорошковой установки. Как правило, применяется периодический контроль параметров суспензии с помощью стандартного образца с дефектами. Такую процедуру можно считать вполне достаточной в установках с невысокой производительностью и визуальным наблюдением. Для автоматизированных в полном смысле этого слова установок требуется и автоматическое определение выявляющей способности суспензии. Это может быть реализовано с помощью стандартного образца, который периодически после очистки поливается суспензией из суспензионной системы установки, после чего с помощью видеосистемы регистрируется картина магнитопорошковых индикаций, которая анализируется программой автоматического поиска дефектов и сравнивается с предыдущей и эталонной картинками. Ввиду некоторых технических сложностей, а главное - из-за высокой стоимости такой системы (требуется дополнительно система очистки стандартного образца, дополнительная видеокамера, ультрафиолетовый осветитель, вычислительные ресурсы на анализ изображения и т. п.), она до сих пор не нашла своего применения. Поэтому в автоматизированных установках сегодня также применяется периодический контроль качества суспензии. Кроме того, так как выявляющая способность суспензии существенно зависит от качества ее перемешивания, то на автоматических установках [1, 2] всегда применяются механические ворошители (перемешиватели) суспензии, препятствующие ее слеживанию.

Качество передачи изображения напрямую связано с качеством применяемых видеокамер, используемых светофильтров и площадью детали, фокусируемой на каждый пиксель матрицы видеокамеры. Совершенно естественно, что чем меньший размер дефекта требуется зафиксировать, тем меньше общее поле зрения будет у камеры, тем медленнее будет работать система. Это замедление связано с тем, что потребуется обрабатывать большее количество изображений на ту же площадь детали. С другой стороны, чем больше геометрический размер матрицы при том же разрешении (том же числе пикселей), тем больше фотонов упадет на каждый пиксель, тем выше будет чувствительность. Это требует применения камер с большими матрицами с достаточно высоким числом больших светочувствительных ячеек, что, в свою очередь, требует более дорогой оптики и в конечном счете ведет к дополнительному удорожанию системы.


Программа автоматического поиска дефектов является наиболее интеллектуальной частью автоматической магнитопорошковой установки. Несмотря на большой прогресс в области компьютерной обработки изображений, поиск дефекта произвольной формы, расположенного в произвольном месте детали, до сих пор является весьма сложной задачей. Кроме того, заведомо известно, что острые кромки переходов на детали всегда скапливают на себе магнитный порошок, т. е. всегда имеются индикации на острых кромках. Это можно преодолеть исключением этих участков из рассмотрения, но это не совсем правильно, т. к. и там могут быть дефекты, которые легко различаются глазом. Таким образом, на сегодняшний день диагностика деталей на автоматических установках дает информацию в следующем виде: «нет индикаций», что означает, что деталь годная и в дальнейших исследованиях не нуждается; «есть индикации» - в этом случае дефектоскопист должен разделить обнаруженные индикации на относящиеся к дефектам и ложные индикации.

Программа обязана выявить все места, которые дают индикации, причиной которых может являться дефект, и предъявить их дефектоскописту, при этом отсутствие индикаций означает годность детали, т. е. отсутствие дефектов, выявляемых данным методом контроля.

Таким образом, задача программы автоматического поиска дефектов несколько облегчается - программа обязана выявить все места, которые дают индикации, причиной которых может являться дефект, и предъявить их дефектоскописту.

И, наконец, надо отдельно рассмотреть роль дефектоскописта в работе автоматизированной магнитопорошковой установки. На сегодняшний день степень автоматизации, достигнутая на таких установках, не позволяет сводить роль дефектоскописта к нажатию кнопки и фиксации протокола контроля. Это возможно только в случае полного отсутствия индикаций, которые могут быть связаны с дефектами, и это является главной методологической особенностью магнитопорошковых дефектоскопических установок независимо от степени их автоматизации. В то же время суть работы дефектоскописта при использовании автоматизированной установки радикально меняется. Он занимается своим прямым делом, т. е. контролем детали. Установка подсказывает ему, где следует проверять деталь, т. е. подчеркивает ему места индикаций, утверждая при этом, что в других местах индикаций нет. Это существенно облегчает работу, так как не требуется постоянного сосредоточения внимания на всей поверхности детали. Требуется рассматривать только подозрительные места. Это приводит к реальному повышению качества контроля.

Следует также учесть, что на плечи дефектоскописта, работающего на автоматизированной установке, ложится и обслуживание этой установки, что требует от него соответствующих знаний и понимания работы системы. Все это вместе взятое говорит о том, что вместе с ростом степени автоматизации установок должна расти и квалификация исполнителей. И это вполне естественно. Никто и никогда не ставит ученика без образования на работу на станке с ЧПУ. Такое повышение квалификации рабочего влечет дополнительные расходы, но они окупаются многократно повышением производительности труда и, что гораздо важнее, повышением качества контроля, прослеживанием этого качества и документированием результатов контроля.

Кроме того, протоколирование результатов контроля в виде файла с изображением индикаций, наблюдаемых на детали, позволяет хранить архив и отслеживать состояние детали в процессе ее эксплуатации. При накоплении достаточного объема информации это позволит принять решение о способе производства детали и технических требованиях к ней на этапе выхода из производства.

Таким образом, успех работы автоматизированной дефектоскопической установки складывается из правильно подобранных материалов, режимов ее работы и квалификации оператора, которые и составляют триаду условий, необходимых для нормальной работы автоматизированной системы. Только в этом случае будет достигнута наивысшая производительность и качество контроля.

Литература

1. Ершов С. Г. Современные автоматизированные установки магнитопорошкового контроля концов и торцов труб. - В мире НК. 2004. № 3(25), С, 32-34.

Ершов С.Г., Заславский С.Л. Методология визуализирующих методов НК: три составные части успеха автоматизированных систем. − В мире НК. – Сентябрь 2006 г. − № 3 (33). − С. 10–12. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.