Автоматизация процесса рентгенографического контроля дефектов лопаток ГТД, получаемых методами точного литья

В настоящее время качеству выпускаемой продукции уделяется очень большое внимание. Большинство предприятий стремится повысить качество продукции путем внедрения новых методов промежуточного контроля деталей и узлов изделия .

Неразрушающий контроль является важнейшей частью системы качества подавляющего большинства современных предприятий, в том числе и ОАО «НПО Сатурн». Высокое и стабильное качество выпускаемой продукции обеспечивается комплексным применением традиционных и новых методов не-разрушающего контроля.

К неразрушающим методам контроля относятся все методы обнаружения или измерения основных свойств или рабочих характеристик материалов, деталей, узлов газотурбинных двигателей в целом с помощью испытаний, которые не уменьшают их пригодности к применению.

Рентгенографический контроль относится к одному из видов неразрушающего контроля продукции с использованием ионизирующего излучения [1,2].

Однако, если в области ультразвукового или токових-ревого контроля уже достигнут высокий уровень автоматизации, то в отношении рентгенографического контроля лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) остается не до конца решенным целый комплекс вопросов, связанных с устранением ручного труда и повышением степени автоматизации до уровня, соответствующего их серийности [3].

Отсутствие должного уровня автоматизации оказывает негативное влияние на условия работы труда персонала, не позволяет интенсифицировать процесс контроля без привлечения на вредный участок производства новых сотрудников, достоверность результатов контроля (удовлетворяющая современным требованиям), может оказаться недостаточной в самое ближайшее время вследствие повышения требований к ней.

Актуальность работы обуславливается необходимостью автоматизации процессов рентгенографического контроля с целью повышения производительности труда и достоверности результатов контроля, снижения количества людей занятых на вредном участке производства, улучшения условий труда [4] .

Объектом исследования данной работы является технологический процесс рентгенографического контроля лопаток ГТД, получаемых методами точного литья.

Предметом исследования являются методы, позволяющие автоматизировать процесс анализа рентгенографических изображений .

Цель работы — интенсификация процессов восприятия и анализа рентгенограмм, исключение влияния человеческого фактора на выявление дефектов лопаток ГТД.

Для выполнения работы используются следующие методы исследования:

— анализ факторов, влияющих на достоверность результатов контроля;

— исследование и систематизация известных признаков выявления и анализа дефектовисследование современных методов распознавания контурных изображений;

— теории вероятности и математической статистики;

— разработка и экспериментальное исследование программных средств автоматизированной системы рентгенографического контроля.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— сформулирован комплекс критериев для выявления и таксономической классификации дефектов с применением структурно-биологических методов;

— для исключения влияние эффекта одновременного контраста предложена формула выявления контрастных неравно-мерностей с вариативным порогом невосприятия, обеспечивающая выявление объектов с положительным и отрицательным перепадом контраста относительно фонаразработан алгоритм для отсева псевдодефектов (структуры металла);

— разработан адаптивный двухуровневый алгоритм синтаксического анализа выявленных дефектов, реализующий предложенную таксономическую схему классификации дефектов по типам и учитывающий топологию дефектов и их взаимовлияние для выдвижения возможного решения по годности изделия .

Достоверность результатов диссертационных исследований подтверждена данными теоретических расчетов и экспериментальными исследованиями действующих алгоритмов.

Материалы диссертационной работы прошли апробацию в докладах на конференциях:

— I Всероссийская научно — техническая конференция «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве (г. Нижний Новгород, 1999 г.).

XXVI конференция молодых ученых и студентов (г.Рыбинск, 1999 г.).

Всероссийская выставка «Школа 2002» (г. Москва.

2002 г.).

По материалам. диссертации опубликовано 5 печатных работ, из которых 2 статьи, 3 тезисов докладов [5−9].

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и двух приложений на 167 листах, содержит 52 рисунка, 17 таблиц, список использованных источников из 102 наименований. Диссертация оформлена с учетом требований [10,11] .

4.6 Выводы по разделу 4.

1. Экспериментальные исследования алгоритмов предварительной обработки показали преимущество алгоритма медианной фильтрации при устранении импульсного шума. В то же время, при гауссовском распределении шумов алгоритмы функционируют практически аналогично, но при фильтрации с усреднением окрестности наблюдается размытие границ, которое увеличивается при увеличении апертуры фильтра.

2. По результатам исследования алгоритма выделения яркостных неравномерностей (возможных дефектов) можно сделать вывод о том, что данный алгоритм отвечает предъявленным требованиям (таблица 4), но вследствие особенностей технологического процесса изготовления лопаток возникает необходимость применения алгоритма предварительной фильтрации.

3. На первом уровне алгоритма распознавания существует вероятность опознать как дефект (усадочную раковину или неметаллическое включение) незначащую контрастную неравномерность, пропущенную блоком подготовки данных. После проведения синтаксического анализа на втором уровне алгоритма распознавания, подобные ошибки устраняются.

4. При изменении значений критериев принятия решения (размеры, форма, место расположения дефекта) рассмотренные алгоритмы могут быть применены в других областях рентгенографического анализа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основные научные и практические результаты работы показали возможность создания автоматизированной системы рентгенографического контроля позволяющей интенсифицировать процесс дефектации и повысить достоверность результатов контроля.

В процессе выполнения работы были получены следующие основные результаты.

1. Проведенный анализ технологического процесса рентгенографического контроля лопаток ГТД показал необходимость интенсификации процесса контроля и повышения достоверности результатов за счет уменьшения влияния человеческого фактора. Для достижения этой цели необходимо использовать методы автоматизированного выявления и распознавания контурных изображений.

2. Анализ существующих методов выявления и распознавания контурных изображений (к которым относятся контролируемые дефекты) показал, что ни один из них не удовлетворяет в полной мере требованиям, предъявляемым к выявлению и распознаванию дефектов. Для выявления и распознавания дефектов в процессе контроля предложен комбинированный метод на основе биолого-психологического и структурно-лингвистического подходов.

3. Сформулирован комплекс критериев для выявления и таксономической классификации дефектов с применением структурно-биологических методов.

4. Разработана методика анализа рентгенограмм на основе экспертной системы обработки и анализа изображений.

5. Предложена формула выявления контрастных неравномерностей с вариативным порогом невосприятия, обеспечивающая выявление объектов с положительным и отрицательным перепадом контраста относительно фона. Алгоритм, построенный на данной формуле, выявляет 100% неравномерностей, являющихся дефектами, но наряду с ними выделяются и псевдодефекты. Разработан и исследован алгоритм отделения истинных дефектов от структуры металла. Вероятность прохода псевдодефектов через фильтр предварительного отсева не превышает 3%.

6. Разработан и исследован двухуровневый адаптивный алгоритм синтаксического анализа выявленных дефектов, позволяющий не только определить тип дефекта, но и найти вероятностное решение по годности изделия. Обучение во взаимодействии с экспертом повышает точность выдвигаемых системой решений.

7. На основе полученных в диссертационной работе результатов предложена концепция автоматизированной системы рентгенографического контроля лопаток ГТД. Полученные зависимости, программы выявления и распознавания дефектов могут быть использованы при опытно-конструкторской разработке автоматизированной системы рентгенографического контроля.

8. При незначительных доработках автоматизированная система может быть использована для организации рентгенографического контроля не только изделий, изготавливаемых методами точного литья, но и других литейных изделий, а также сварочных швов.

Результаты диссертационной работы внедрены в промышленность. Применение автоматизированной системы рентгенографического контроля в технологическом процессе контроля лопаток ГТД повысит достоверность результатов контроля и увеличит производительность труда.