автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка метода и прибора контроля высокоэнергетических изделий при динамических испытаниях

На правах рукописи

Заикин Сергей Михайлович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ПРИБОРА КОНТРОЛЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов

и изделий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 2003

Работа выполнена в Бийском технологическом институте (филиале) Алтайского государственного технического университета.

Научный руководитель: д.т.н., профессор, заслуженный деятель

науки и техники РСФСР Ворожцов Борис Иванович.

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Гуляев Павел Юрьевич,

к.т.н., доцент Суранов Александр Яковлевич.

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

"Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом университете Министерства образования Российской Федерации" г. Томск.

Защита состоится 23 декабря 2003 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного Совета Д212.004.06 Алтайского государственного технического университета имени И.И. Ползунова по адресу: 656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Автореферат разослан 14 ноября 2003 года.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д212.004.06, д.т.н., профессор

2Л (78

Актуальность работы. Современная промышленность характеризуется сосредоточением огромных материально-технических средств и научных достижений в одном изделии, эффективность которого, в значительной степени, определяется качеством комплектующих деталей и материалов. Проблема повышения качества комплектующих материалов связана с актуальной задачей контроля и количественного оценивания параметров при выборочных испытаниях модельных и натурных изделий.

В химическом производстве к таким изделиям относятся крупногабаритные промышленные изделия из высокоэнергетических материалов на основе порохов, например генераторы газа, давления. Особенность их контроля заключается в том, что они имеют значительные габариты до десятков метров, а время испытания - процесс горения от 0,1 сек. до нескольких минут при значительных температурах, вибрациях и давлении, что определяет динамику испытаний. Эти особенности формулируют специфические задачи контроля. В настоящее время для контроля таких изделий используется метод рентгено-телевизионного контроля (РТК) со стандартным телевизионным оборудованием, обладающий большой информативностью и производительностью. Однако при контроле крупногабаритных изделий используется неколлимированный, широкоспектральный источник тормозного излучения, что снижает дефектоскопическую чувствительность метода до - 10-15% против 1-2% у других менее производительных методов контроля. При этом возникают, значительные геометрические искажения, составляющие 15%. Эти искажения приводят к неправильной геометрии сигнала выходной информации, которым является изображение.

Геометрические искажения вносятся как за счет большого угла рассеяния потока излучения, так и погрешностей оптической и электронной систем приборов контроля, что приводит к подушкообразным локальным и глобальным искажениям. Они определяются влиянием внешних магнитных и электрических полей, потенциальным рельефом мишеней камер и рядом специфических шумов. Кроме того, погрешности оптической и электронной систем приборов РТК приводят к возникновению аберраций: астигматизма и дисторсии, также приводящими к нарушению геометрического подобия.

Эти недостатки до последнего времени ограничивали применение данного метода, позволяя получать лишь визуальные оценки.

Таким образом, актуальность работы объясняется необходимостью получать хорошо интерпретируемые и количественно оцениваемые результаты контроля изделий из пороховых составов при ди-

намических испытаниях

Анализ отечественных и зарубежных литературных данных показывает, что для решения многих проблем рентгенотелевизионного контроля используются средства цифровой техники. Использование специализированных цифровых приборов можно рассматривать как возможный путь решения таких проблем, как повышение чувствительности и устранение искажений рентгенотелевизионного метода контроля. Однако проблема компенсации искажений при больших площадях контроля до 1м2, температурах, вибрациях и давлении не решена до сих пор.

Резюмируя, можно сказать, что проблема разработки методов и приборов промышленного контроля высокоэнсргетических изделий на основе пороховых составов при их испытаниях, выбор средств цифровой техники, разработка методов коррекции и анализа результатов контроля не решена полностью и сохраняет актуальность в настоящее время. Решению этих проблем посвящена данная работа.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка метода и создание прибора РТК, позволяющего проводить с высокой чувствительностью и точностью скоростной контроль изделий на основе пороховых составов при динамических испытаниях.

Задачи работы.

1. Провести анализ процесса формирования изображений метода РТК и разработать модель получения сигнала измерительной информации.

2. Рассмотреть звенья РТК и выявить основные источники, приводящие к искажениям сигнала измерительной информации.

3. Разработать метод коррекции искажений сигнала измерительной информации прибора РТК.

4. Определить основные требования к аппаратно-техническому обеспечению прибора РТК с вводом/выводом телевизионного сигнала.

5. Провести экспериментальные исследования и оценить точностные характеристики и чувствительность прибора РТК.

6. 'Провести отработку метода и отладку прибора в условиях опытной и промышленной эксплуатации.

Научные положения, выдвигаемые на защиту.

1. Метод рентгенотелевизионного контроля высокоэнергетических изделий с интерполяционно-реперной моделью коррекции результатов контроля.

2. Модель получения сигнала измерительной информации рентгено-

телевизионного-метода контроля.

' ' |

• !

1. Алгоритм компенсации коэффициента увеличения при проецировании в расходящемся пучке излучения.

2. Приборная реализация предложенного метода рентгенотелевизи-онного контроля.

Практическая ценность работы рассматривается в следующих аспектах: во - первых, реализован новый вероятностный подход к рассмотрению процесса формирования результатов РТК, который дает возможность ввести методы, адекватные методам теории обработки изображений и повысить чувствительность метода РТК до 2%; во вторых, разработан интерполяционно-реперный метод коррекции искажений наблюдаемого изображения в РТК, представляющий реализацию решения дифференциального уравнения видеоинформационного процесса на реперной решетке и позволяющий снизить геометрические искажения до 2%; в - третьих, предложенные методы компенсации шумовых и геометрических искажений реализованы в виде единого цифрового прибора; в - четвертых, проведено практическое внедрение, разработанного метода и прибора в практику работы ФГУП ФНПЦ "АЛТАЙ" г. Бийска и ОАО БиКЗ (Бийский котельный завод); в - пятых, на основании опытной и промышленной эксплуатации проведена оценка чувствительности и точности метода.

Апробация работы. Основные результаты работы подкреплены тремя актами внедрения и изложены в 12 печатных работах, опубликованных в различных научно - технических изданиях, в том числе, тезисы и личное участие в XVI международном симпозиуме по радиографии в г. Карпач (Польша). Личное участие в международных симпозиумах и всероссийских конференциях по неразрушающему контролю, радиографии, обработке изображений в Москве, Новосибирске, Улан-Удэ, Бийске.

Научная новизна.

Впервые предложен вероятностный подход к рассмотрению процесса формирования результатов рентгенотелевизионного контроля с позиции теории обработки изображений.

Впервые предложено совместить реперную коррекцию результатов и интерполяционный метод в рентгенотелевизионном контроле изделий на основе порохов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем диссертационной работы составляет 133 страницы, в том числе 23 рисунка и 9 таблиц. Список литературы содержит 77 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе определяется метод и дается формулировка задачи обработки видеоинформации рентгенотелевизионного неразру-шающсго метода контроля с позиции теории обработки изображений. При этом вводится понятие - видеоинформационная система рентгенотелевизионного контроля ВИС РТК. Рассматривается процесс формирования проникающим излучением изображения контролируемого изделия. Адаптируются к системе ВИС РТК такие понятия теории обработки изображений, как исходное изображение, ансамбль исходных изображений, функция потерь получателя.

На этом основании, пространственная структура изделия, являющегося объектом исследования, проникающим радиационным излучением может описываться, функцией Н(х,у,г), где Н - величина, характеризующая состояние изделия в направлении прохождения излучения - "вес материала по лучу" (толщина) в окрестности точки с координатами (х,у,х) трехмерной системы.

Процесс формирования входного поля описывают оператором который функции Н(х,у,г) из множества (Н(х,у,г)} ставит в соответствие функцию 1(х,у,7,0,Е,1)

1= ^. Н.

Совокупность параметров £ в операторе ^-представляет собой ненаблюдаемые величины, которые помимо исходной величины Н -влияют на образование входного поля. Изменению этих параметров соответствуют флуктуации измеряемой величины I, а также изменение состояния изделия и окружающей его среды.

Входное поле взаимодействует с чувствительными элементами прибора рентгенотелевизионного контроля. В результате такого взаимодействия измеряется значение величины I в разных точках и формируется сигнал

Б= Сп * I,

который можно анализировать, передавать по каналам связи и записывать на носитель информации. Оператор в,, - зависит от параметра г), что отражает влияние на сигнал ошибок измерений, флуктуации характеристик оптической системы. Наблюдаемый сигнал подвергается электронному преобразованию и обработке, результатом которой является функция:

У=0, . Б.

Она описывает специальное световое поле на выходе ВИС-изображение, рассматривая которое человек-дешифровщик получает информацию о пространственной структуре контролируемого изделия.

Процесс превращения ненаблюдаемой величины Н - в изображение - видеоинформационный процесс. Используя понятие исходного изображения Щх,у), как изображение на выходе прибора с идеализированными характеристиками и учитывая линейные компоненты векторов флуктуаций, отделим аддитивную составляющую шума г, определяющую ансамбль исходных изображений. Окончательно уравнение формирования видсоинформационяого процесса в РТК запишем в виде:

V = А«и +г, где А =

Ое - оператор электронного преобразования и обработки наблюдаемого сигнала. О - оператор дискретизации.

- оператор флуктуации характеристик оптической системы. ^ - оператор преобразования ненаблюдаемой величины в световое поле.

Далее рассматриваются практические вопросы, связанные с искажениями, возникающими при дискретизации наблюдаемого изображения. В задачах РТК изображение не обладает особыми свойствами типа периодичности изменения яркости по полю зрения или особыми вероятностными свойствами, поэтому, ограничиваясь рассмотрением простейшего ортогонального базиса, используется представление растровых изображений с квантованной яркостью точки кратной степени 2. Масштаб кратности для монохромных изображений достаточен 256 уровням квантования. Это приводит к удобному побайтному способу хранения изображений в памяти компьютера или на магнитном носителе, что хорошо согласуется с системной и программной организацией персональных компьютеров.

Вероятностное описание видеоинформационного процесса метода РТК позволяет сделать вывод, что изображение на выходе определяется наблюдаемым сигналом. Поэтому, зная исходное репер-ное (априорное) изображение, легко найти условную плотность вероятности выходного реперного, а также и выходного реального изображения. Т.е. вводя репер и отслеживая его изменения, можно определить вид всего изображения на входе прибора. Этот вывод определяет метод реперной коррекции как метод коррекции геометрических искажений выходных изображений рентпгенотелевизионного метода контроля.

Во второй главе проведенный анализ совокупности параметров, определяющих потерю информации в преобразованиях, введенных при классификации звеньев прибора рентгенотелевизионного контроля, позволяет сделать выводы о том, что:

1. Искажения, вносимые многократным рассеянием, играют существенную роль лишь при использовании источника излучения изотопа или ускорителя с Ег> \МэВ. и обуславливаются эффектом взаимодействия излучения с веществом - комптоновским рассеянием. Эти искажения являются шумовыми, снижающими чувствительность метода контроля;

2. Геометрические искажения, возникающие в телевизионном тракте, определяются влиянием внешних магнитных и электрических полей, потенциальным рельефом передающей камеры, а также рядом специфических электронных и тепловых шумов;

3. Из погрешностей оптической и электронных систем следует учитывать погрешности, приводящие к возникновению глобальных и локальных (дифференциальных) подушкообразных искажений, и глобальные геометрические искажения, обусловленные неквадра-тичностью ТВ-экрана.

4. Искажения вносятся также из-за большого угла расхождения потока излучения при больших размерах изделий.

Суммарный коэффициент геометрических искажений составляет 15%. Таким образом, три основных типа искажений: шумовые и два геометрических: аппаратные и методические определяют спектр искажений метода РТК.

В третьей главе рассматриваются методы цифровой коррекции геометрических и шумовых погрешностей результатов рентгено-телевизионного метода контроля

Представлены материалы по обзору технических средств, выбору аппаратной платформы и прототипа цифрового прибора рентге-нотелевизионного контроля с коррекцией результатов контроля. Представлены материалы по разработке метода коррекции и его реализации.

Анализ факторов, приводящих к геометрическим искажениям, говорит о сложности процессов, что приводит к вырождению соответствующих операторов, искажающих исходное изображение. Таким образом, чтобы снять вырождение необходимо построить модель процесса формирования искажений, провести корректировку и по наблюдаемому изображению восстановить исходное изображение. Поставленная задача была решена вводом в рассмотрение априорных сведений о геометрии исходного изделия - в виде реперной решетки. На экран-преобразователь в регулярном порядке наносились точки - узлы, соединение которых образовывало правильную решетку в виде квадрата.

Наблюдаемое юображение решетки даёт распределение искажений по полю изображения - рисунок 1. Таким образом, в случае ре-перной компенсации нам известно как исходное изображение и(х',у'), так и наблюдаемое изображение У(х,у), т.е. из множества возможных мы имеем единственную реализацию, определяемую оператором А с конкретными параметрами. С учетом этого задача обращения матрицы процесса искажений имеет решение. Ее решение в операторно-матричном виде является одной из задач цифровой обработки изображений и сводится к обращению исходного реперного изображения и(х\у), т.е.

А=У(х,у)*и'(х\У>2\ где и (х',у") - обратная матрица реперного изображения.

В случае геометрических искажений нарушается лишь пространственная метрика изображения, а само изображение сохраняется, т.е. значения яркостей сохраняются, меняется лишь расстояние между точками: изображение как бы натягивается на некую криволинейную поверхность (рисунок 1). В этом случае можно не рассматривать видеоинформационный процесс в целом, а представить выходное изображение как численное решение дифференциального уравнения на некой криволинейной поверхности, заданной узловыми точками ре-перной решетки. Если задать узловые точки достаточно плотно, то значение яркости в узловых точках является решением уравнения по всем значениям яркости решетки. В случае разреженной реперной решетки промежуточные значения яркости, попадающие в межузловое пространство, можно получить интерполяцией по узловым точкам. На рисунке 1 представлена криволинейная область, являющаяся наблюдаемым изображением реперной решетки, т.е. решением дифференциального уравнения вдоль криволинейных горизонталей у = € (х) и вертикалей х = Ь (у). Промежуточные значения наблюдаемого изображения легко определяются с помощью перехода к новым независимым переменным.

х' = (х - Ь,(у))/(Ь2(у) - Ь,(у»

Достоинством представленной описательной модели является то, что координаты узлов криволинейной решетки уже является решением дифференциального уравнения. Промежуточные значения можно получить, интерполируя узловые точки и последовательно осуществляя переход к новой системе координат.

Рисунок 1. Криволинейная (а) и правильная (б) - реперные решетки

На основании полученной модели можно представить следующий описательный алгоритм восстановления исходного изображения:

♦ до начала эксперимента на экран-преобразователь наносим репер-ную решетку, состоящую из >1*]Ч узлов; - в видимом свете на мониторе наблюдаем изображение исходной реперной решетки, подвергшейся искажениям телевизионного тракта. Оцифровываем и сохраняем изображение искаженной реперной решетки;

♦ проводим контроль изделия;

♦ интерполируя горизонтальные и вертикальные узлы решетки, осуществляем переход к новым прямоугольным координатам яркостей наблюдаемого рентгеновского изображения, получая неискаженное выходное изображение.

Анализ интерполяционных алгоритмов дал наилучшее приближение для интерполяции сплайнами второй степени, который и был выбран.

Реализуя предложенный метод, нетрудно заметить, что подушкообразные искажения будут приводить к появлению разрывов на пространстве восстанавливаемого изображения. Этот эффект обычно устраняют "сшивкой" разрывов из яркостей окружающих областей по различным алгоритмам. Предлагается устранение разрывов сменой направления проецирования. Это дает модифицированный метод реперной компенсации. В практике компьютерной графики он называется методом обратного проецирования.

Устранение глобальных искажений, выражающихся в непропорциональности наблюдаемого изображения по горизонтали и верти-

али, осуществлялось исходя из предположения, что центральная часть наблюдаемого изображения менее всего подвержена локальным искажениям, а глобальные искажения пропорциональны по всему наблюдаемому изображению.

Для реализации метода устранения глобальйых искажений использовался способ построения наблюдаемого изображения "разверткой" из центра изображения по горизонтали и вертикали, что является существенным дополнением метода обратного проецирования.

Глобальные ракурсные искажения, обусловленные большим углом расхождения потока излучения при контроле изделий больших размеров, устранялись простым пересчетом координат.

В четвертой главе рассматриваются вопросы конструктивной реализации прибора цифровой коррекции результатов метода РТК, и результаты внедрения прибора, а также указываются точностные характеристики прибора, условия эксплуатации и безопасной работы.

Конструктивно прибор выполнен в усиленном, пожаробезопасным исполнением, системном блоке персонального компьютера с мощным источником питания, видеоплатой ввода-вывода телевизионного сигнала СВИТ-07 и преобразователем телевизионного сигнала PAL-RGB.

Одним из важных этапов коррекции шумовых искажений является уменьшение шумов, т.е. снятие значительной доли вырождения. Это достигается фильтрацией. На рисунках 2 и 3 представлены результаты суммирования. Исходный кадр - рисунок 2. Результаты суммирования 16 кадров - рисунок 3. На рисунке 4 представлены результаты фильтрации по Лапласу (двойное дифференцирование).

При оценке точности в экспериментах использовался простой и достаточно эффективный метод-МСКО (метод среднеквадратическо-го отклонения). МСКО-оценивание представляет подсчет дисперсии, где в качестве математического ожидания используется эталонный сигнал. Значения доверительной вероятности МСКО метода для 2% чувствительности составило 0,97. Это с достаточной степенью точности говорит о повышении чувствительности метода цифрового РТК до 2%.

Отработка метода реперной компенсации происходила при следующих условиях. На поликристаллический экран размером 100x100 см2 наносилась правильная решетка точек по 9 строк и 9 столбцов. Межузловое расстояние составляло 12 мм. Поликристаллический экран облучался линейным ускорителем с энергией 6 Мэв. Часть излучения, преобразованного в видимый световой поток, поступала на объектив телекамеры прибора ПТУ "Интроскоп". После оциф-

се «г *ст - ¡в)»

Рисунок 2. Исходное изображение Рисунок 3. Выходное изображение одного кадра с эталоном одного кадра с эталоном

Рисунок 4. Выходное изображение, Рисунок 5. Исходная реперная обработанное фильтром Лапласа решетка

ровки изображение реперной решетки записывалось в память прибора цифровой коррекции и наблюдалось на экране телевизионного монитора (рисунок 5). По этим данным формировались отклонения (таблицы 1 и 2) по строкам и столбцам с их искусственным смещением на единицу. Точечные данные таблиц были нанесены на плоскость в прямоугольной системе координат и аппроксимировались полиномиальным многочленом:

Y=axn + bx"'1 +...+сх°

Результаты аппроксимации отклонений для п=2 представлены на рисунке 6 для строк и на рисунке 7 для столбцов. Величины достоверности аппроксимации определялись дисперсией отклонений. Значения дисперсии ст2 представлены графиками. Анализ для п=2, 3, 4, 5 показал, что нет значительного улучшения результатов.

На рисунках 8 и 10 представлены исходные изображения кадров реальных процессов, а на рисунках 9 и 11 изображение кадров этих же процессов после реперной коррекции геометрических искажений. Эти кадры представляют практические результаты использования созданного прибора. По ним с рассчитанной точностью измерялись такие важные геометрические характеристики процесса горения как дифференциальная кривизна фронта, равномерность и скорость.

По оценке точностных характеристик можно сказать, что прибор позволяет оцифровывать квадратные изображения с максимальным размером 512x512, но при использовании видеокамеры (или телекамеры) формата VHS с разрешением только 200-300 линий, реально -значимым является размер изображения 256*256. При этом для экрана размером 1000мм.* 1000мм при оцифровке справедливо разрешение 2мм/пиксел для формата 512*512 и 4мм/пиксел для формата 256x256. При таких данных по разрешению геометрические искажения реперной решетки после прохождения трактов преобразования метода РТК составляют от 1 до 9 пикселей (таблица 1) или от 4 до 36 мм для строк и 8 пиксел, или 32 мм для столбцов реперной решетки. Расчет оценки точности можно провести простым вычислением отношения:

5=100%*Дх/Н.

Учитывая правило сложения погрешностей и случайную ошибку нелинейности установки реперной метки на экране-преобразователе до ±2мм, точность классического метода РТК составит 5=10-15%. Использование метода реперной коррекции позволяет свести искажения до точности установки реперной метки и определения ее по-

ложения на экране. С учетом случайной ошибки оператора - ±1 пикселей, т.е. 4мм и ошибки нелинейности установки реперной точки на решетке ± 2мм можно оценить точность метода в 2%. Использование более качественной камеры и тщательной установки узлов реперной решетки можно повысить точность до уровня случайных ошибок и методических помех, определяемых в 1%.

Анализ экспериментальных графиков отклонений на рисунках 6 и 7 подтверждает правильность теоретических предположений и вычислений:

❖ минимальным искажениям подвержены центральные области изображения экрана;

❖ в центральных областях изображения наблюдаются отклонения в поведении кривых, что говорит о дифференциальных искажениях, связанных с потенциальным рельефом передающей трубки. Данный метод может быть использован для дефекта-ции передающих трубок-изоконов или ПЗС-матриц для РТК;

❖ кроме локальных искажений, присутствуют глобальные искажения экрана;

❖ четко прослеживается поворот наблюдаемого изображения, о чем говорит угол наклона кривых графика;

❖ сложный вид графиков и их отличие друг от друга показывает, что в аналитическом виде описать все искажения, которым подвергается изображение, не представляется возможным.

Разработанные методы коррекции геометрических искажений результатов контроля и методы фильтрации реализованы в цифровом приборе рентгенотелевизионного контроля.

Таблица 1. Отклонения строк реперной решетки

ст2

ёУо+О -2 -1 -2 -1 -1 0 0 -1 0,6

-1 0 -1 0 1 0 0 1 0,6

ау2+2 1 0 1 1 0 1 2 1 0,2

с!У3+3 ] 2 1 3 2 2 2 3 0,0

<1У4+4 2 4 2 5 2 3 3 2 0,2

с!У3+5 4 4 3 5 3 4 4 3 0,3

йУ6+6 6 4 6 5 6 4 5 4 0,2

йУу+1 6 5 7 7 6 5 5 4 0,4

' 9 8 7 7 б 8 6 5 0,5

отклонения /пиксел/

Рисунок 6. Сводная таблица и график отклонений по строкам со смещением вверх на 1 пиксел

Таблица 2. Отклонения столбцов реперной решетки

о2

ахо+о 0 0 0 0 -2 -2 -3 -2 0,5

«1+1 1 1 2 0 0 -1 -1 -1 0,8

(1X2+2 2 1 4 2 0 2 -1 1 0,7

<1Х3+3 2 5 5 1 1 1 2 0 0,7

(1X4+4 4 3 4 3 4 2 3 3 0,2

(1X5+5 7 5 4 4 4 4 4 2 0,4

(1X6+6 6 5 6 6 5 5 4 4 0,3

<1X7+7 7 6 7 6 5 6 4 4 0,7

<1Х8+8 7' 6 8 7 6 5 7 4 0,7

отклонения

/пиксел/ О

Рисунок 7. Сводная таблица и график отклонений по столбцам щением вверх на 1 пиксел

со сме-

Рисунок 8. Исходное изображе- Рисунок 9. Исходное изображение одного кадра процесса 1 ние одного кадра процесса 1 после коррекции искажений

Рисунок 10. Исходное изображение одного кадра процесса 2

Рисунок 11. Исходное изображе ние одного кадра процесса 2 после коррекции искажений

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Проведен анализ методов контроля изделий на основе пороховых составов при динамических испытаниях. Установлено, что оптимальным по скорости и информативности является метод рентге-нотелевизионного контроля.

Разработана модель получения сигнала измерительной информации прибора РТК, в основу которой положен вероятностный подход теории обработки изображений.

Проанализированы звенья РТК. Выявлены основные источники искажений сигнала измерительной информации: статистический шум источника излучения и геометрические искажения, обусловленные неколлимированным источником излучения и оптико-электронной системой приборов.

Разработан интерполяционно-реперный метод коррекции искажений изображений РТК, представляющий реализацию решения дифференциального уравнения видеоинформационного процесса на реперной решетке.

Реализован алгоритм компенсации коэффициента увеличения метода РТК при проецировании в расходящемся пучке излучения, позволяющий устранять искажения от неколлимированного источника излучения.

Разработан цифровой прибор рентгенотелевизионного контроля изделий из пороховых составов на основе стандартного 50 Гц. телевидения, что позволяет использовать его для процессов с минимальным временем протекания, от 0,1 сек. Это соответствует процессам горения. Для процессов со временем протекания 10"3-Ю^сек., что соответствует процессам взрыва, необходимо использовать более скоростную аппаратуру.

Проведены испытания на натурных изделиях, показывающие, что предложенный метод контроля, реализованный в приборе, позволяет по-новому решить задачи рентгенотелевизионного контроля изделий на основе пороховых составов. При этом снижен уровень геометрических искажений с 10% до 2% и повышена чувствительность с 10-15%, получаемых на серийных приборах, до 2-3%. Дополнительно получен результат: центральные области изображения подвержены дифференциальным искажениям, которые обусловлены потенциальным рельефом передающей трубки. Данный метод может быть использован для дефектации передающих телевизионных трубок-изоконов и ПЗС матриц.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Адонин В.М Заикин С.М. Немиров Ю.В. Автоматизация процесса обработки результатов радиометрического контроля с использованием ЭВМ "Наири-К". Передовой производственный опыт. Отраслевой научно-производственный журнал. М.:ЦНИИНТИ, №41980.- С.18-19.

2. Адонин В.М. Заикин С.М. Немиров Ю.В. К вопросу об автоматизации радиометрического контроля. Тезисы докладов на IX Всесоюзной научно-технической конференции по неразрушающему контролю. М.:ЦНИИМАШ, 1984,- С.34-35.

3. Адонин В.М. Заикин С.М. Ломоносов С.Ю. Лавренюк В.Н. Модернизация регистрирующей аппаратуры радиометрического дефектоскопа РД-20Р. Передовой производственный опыт М..ЦНИИНТИ, №7-1985.- С.27-28.

Акулов Г.В. Бобылев А.Г. Заикин С.М. Кримкер И.И. Немиров Ю.В. Использование системы обработки изображений СВИТ ИЗОТ 1060С.10 для визуализации результатов неразрушающего контроля. Тезисы отраслевой конференции. Контроль и диагностика общей техники в двух частях. Часть 2. М.: 1989.- С.23.

5. Akulov G.V. Bobylev A.G. Zaikin S.M. A.G. Krimker I.I. Nemirov U.V. Application of digital image processing system "SVTF-IZOT 1060C.10 in digital radiography and equipment. Abstracts. XVII International symposium on autoradiography. Karpacz Poland. Warshawa. IchTJ, 1990.- P.15-16.

6. Заикин С.М. Об одном способе хранения и обработки рентгеновских изображений. //Сборник материалов научно-практической конференции. Бийск: НИЦБиГПИ, 1997.- С.189-191.

7. Заикин С.М. Коррекция геометрических искажений рентгеноте-левизионной системы интроскопии. //Межвузовский сборник научных статей. "Общие проблемы естественных и точных наук: региональный аспект". Бийск: НИЦ БиГПИ, 1998.- С.92-99.

8. Заикин С.М. Информационные технологии при коррекции искажений результатов рентгенотелевизионной интроскопии. //Материалы на 1-ой Всероссийской научно-практической конференции по информационным технологиям. Бийск: БТИ АлтГТУ, 2000.- С.47-49.

9. Заикин С.М. Федоров. М.А. Цифровая рентгенотелевизионная интроскопия при визуализации быстротекущих процессов. //Материалы 1-ой Всероссийской научно-практической конферен-

'¿coS-R „ '^20178

Ции по измерениям, автоматизации и моделированию в промышленности и научных исследованиях. Бийск: БТИ АлтГТУ, 2000.-С.225-227.

10. Заикин С.М. Прибор цифровой коррекции изображений рентгено-телевизионного контроля динамических процессов. // Материалы на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции по информационным технологиям. Бийск: БТИ АлтГТУ, 2001.- С.60-62.

11. Заикин С.М. Прибор цифровой коррекции изображений рентгено-телевизионного контроля динамических процессов в химическом производстве. //Материалы Всероссийской научно-технической конференции. "Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях" Бийск: БТИ АлтГТУ, 2001,- С. 187-190.

12. Заикин С.М. Прибор цифровой коррекции изображений рентгено-телевизионнош контроля динамических процессов в химическом производстве. Приборы и Системы управления. Контроль. Диагностика. Научно-технический журнал. М.: ООО НАУЧТЕХЛИТИЗ-ДАТ, №4-2002,- С.65-56.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАБОТЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА

ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Задачи промышленности и проблемы технического контроля изделий

1.2 Выбор метода скоростного контроля изделий при динамических испытаниях

1.3 Математическая модель процесса формирования изображения при рентгенотелевизионном контроле

1.4 Оптимальная видеоинформационная система рентгенотелеви-зионного контроля

1.5 Дискретизация наблюдаемого изображения при оцифровке

1.6 Исходное изображение

1.7 Ансамбль исходных изображений

1.8 Функция потерь получателя

1.9 Восстановление исходного изображения минимизацией сред-неквадратического отклонения

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗВЕНЬЕВ МЕТОДА РЕНТГЕНОТЕЛЕ-ВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И ВНОСИМЫХ ПОГРЕШНОСТЯХ

2.1 Постановка задачи

2.2 Классификация искажений видеоинформационной системы рентгенотелевизионного контроля

2.3 Процессы взаимодействия рентгеновского и гамма - излучений с веществом

2.4 Влияние конечного размера источника излучения на искажения наблюдаемой внутренней структуры изделия

2.5 Многократное рассеяние и уравнение переноса

2.6 Влияние конечного размера локальной внутренней структуры изделия на процесс формирования изображения

2.7 Влияние экрана-преобразователя

2.8 Искажения оптической системы

2.9 Влияние электронных компонент телевизионного тракта и передающей трубки

2.10 Точностные характеристики анализирующих устройств рентгенотелевизионного метода контроля

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВОЙ КОРРЕКЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ШУМОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ РЕНТГЕНОТЕЛЕВИЗИОННОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ

3.1 Постановка задачи коррекции геометрических искажений рентгенотелевизионного метода контроля

3.2 Постановка задачи реперной компенсации

3.3 Модель изображения

3.4 Алгоритм восстановления исходного изображения

3.5 Выбор интерполяционной формулы

3.6 Алгебраические аспекты метода обратного проецирования

3.7 Глобальные искажения изображения

3.8 Постановка задачи ракурсных искажений

3.9 Математическая модель ракурсных искажений

3.10 Искажения центрального проецирования

3.11 Выбор аппаратной части прибора, обзор технических средств, выбор прототипа

3.12 Требования к программному обеспечению прибора

3.13 Описание программного обеспечения прибора"

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА

РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДА И ПРИБОРА РЕНТГЕНОТЕЛЕВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ

4.1 Конструктивная реализация прибора

4.2 Практические результаты коррекции геометрических искажений изображения на натурных объектах

4.3 Оценка точностных характеристик прибора д^

4.4 Шумовые искажения выходных изображений метода рентгенотелевизионного контроля

4.5 Фильтрация шумовых искажений выходных изображений рентгенотелевизионного метода контроля

4.6 Оценка чувствительности и погрешности при цифровой коррекции результатов рентгенотелевизионного метода контроля

4.7 Исходные данные для тестирования метода и прибора.

4.8 Результаты цифровой коррекции

4.9 Эксплуатационные характеристики прибора рентгенотелеви-зионного контроля

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Современная промышленность характеризуется сосредоточением огромных материально-технических средств и научных достижений в одном изделии, эффективность которого, в значительной степени, определяется качеством комплектующих деталей и материалов. Проблема повышения качества комплектующих материалов связана с актуальной задачей контроля и количественного оценивания параметров при выборочных испытаниях модельных и натурных изделий.

В химическом производстве к таким изделиям относятся крупногабаритные промышленные изделия из высокоэнергетических материалов на основе порохов, например генераторы газа, давления. Особенность их контроля заключается в том, что они имеют значительные габариты до десятков метров, а время испытания - процесс горения от 0,1 сек. до нескольких минут при значительных температурах, вибрациях и давлении, что определяет динамику испытаний. Эти особенности формулируют специфические задачи контроля.

Решение задачи получения наиболее полной информации непосредственно из внутренних областей изучаемых или контролируемых изделий и сред осуществляется различными методами неразрушающего контроля. Анализ существующих в настоящее время методов контроля показывает, что для контроля изделий в процессе испытаний, определяемых временем от 0,1 сек. до нескольких минут наиболее эффективно используется метод рентгенотелевизи-онного контроля (РТК) [1,2,3,4,5] со стандартным телевизионным оборудованием.

Рентгенотелевизионный контроль, как метод неразрушающего контроля, основан на принципах классической радиографии. Он позволяет получить теневое изображение исследуемого изделия, используя различные виды проникающих излучений, и, в силу этого, решает большой спектр прикладных задач от медицинской диагностики до технического контроля. Представление сигнала измерительной информации в виде изображения, представляет оператору в естественном виде и реальном времени контролируемое изделие. Во многих случаях, оказывается, достаточно такого простого анализа теневого изображения, полученного недорогим методом контроля.

Информационная способность средств рентгенотелевизионного контроля определяется многими факторами, формирующими данный тип контроля. Такими факторами являются условия формирования изображения на выходном приборе из первичного потока излучения. Эти условия определяются передаточными характеристиками звеньев приборов метода РТК. К ним относятся [6]: физическая природа проникающего излучения (входного поля); механизм взаимодействия проникающего излучения с веществом, изучаемого или контролируемого изделия; материал, структура и геометрия контролируемого изделия; скорость получения и обработки многоэлементной информации и преобразование ее в изображение; метод регистрации изображений в потоках проникающего излучения; тип и параметры преобразователя и усилителя изображений; способ распознавания образов, получаемой информации; тип применяемых цифровых приборов.

Главной целью развития направления метода РТК в технике является создание методов и приборов, обеспечивающих контроль внутренних свойств непрозрачных для обычного света, материалов и изделий без их разрушения [6]. В широком применении таких методов и приборов нуждается также и современная медицина, где РТК является основным средством получения точных данных, как для врача - терапевта, так и для хирурга, получающего косвенную информацию об объекте или процессе. Во всех подобных случаях возникает естественное желание получать как можно более полную и точную информацию. Это тот случай, когда информации не может быть много [7,8].

Однако, сигнал измерительной информации [2,3,76], прежде чем стать изображением, предъявляемым для анализа, проходит большое количество звеньев приборов РТК и претерпевает значительные искажения, вносимые каждым звеном. По оценкам [1,2] дефектоскопическая чувствительность метода РТК составляет 10-15% при значительных геометрических искажениях [3]. Это обстоятельство долгое время сдерживало широкое применение метода РТК.

К искажениями, которые претерпевает сигнал измерительной информации, пройдя ряд звеньев РТК, прежде чем стать кадром изображения в динамической видеопоследовательности, относятся [3]: шумовые искажения, обусловленные статистикой источника излучения и флуктуациями передающего тракта; локальные неоднородности экран-преобразователя; аберрации: астигматизм и дисторсия оптической (объектива) и электронной систем прибора контроля, к которым относятся и локальные неоднородности мишени передающей телевизионной камеры; ракурсные искажения, обусловленные большим углом расхождения излучения.

Эти искажения приводят к тому, что на экране монитора наблюдается искаженное изображение, определение геометрических характеристик которого приводит к большим ошибкам, т.е. изображение не подобно объекту контроля. Причем, чем дальше от центра изображения рассматриваемый участок, тем больше искажения.

Особую актуальность метод РТК приобретает при контроле крупногабаритных изделий с площадью контроля более 1м2. Искажения в 10-15% дают отклонения до десятка сантиметров и более, что недопустимо для реального оценивания геометрических характеристик изделий и процессов. К таким процессам в химическом производстве крупногабаритных изделий из высокоэнергетических материалов относится процесс горения при испытаниях.

Обзор литературных данных [9,10,11,12,13,14] показывает, что для решения многих проблем РТК используются средства цифровой техники, при этом рентгенотелевизионный метод контроля, иногда, называют цифровой радиографией. Использование специализированных цифровых приборов и компью8 теров можно рассматривать как возможный путь решения таких проблем, как повышение чувствительности и устранение искажений метода РТК. Решение этих проблем возможно лишь с повышением уровня наукоемкости, созданием интеллектуальных приборов, насыщением РТК математическими методами, применение, которых немыслимо без использования цифровой техники.

Таким образом, современная промышленность формулирует новые задачи неразрушающего контроля, предъявляя повышенные требования к качеству материалов, повышению производительности и получению количественных оценок при определении геометрических размеров исследуемых изделий, исключая субъективизм в принятии решений. Эти задачи подчеркивают необходимость более наукоемкого подхода и к таким средствам неразрушающего контроля как РТК. Эта необходимость выражается, прежде всего, в потребности иметь формализованный подход на уровне математических моделей, формируемых количественными оценками. Только в этом случае можно соединить гениальное интуитивное чутье инженера и оператора - расшифровщика с точностью, присущей науке, и избавиться от произвольного субъективизма.

Резюмируя, можно сказать, что проблема разработки методов и приборов промышленного РТК высокоэнергетических изделий химического производства на основе пороховых составов, выбор средств цифровой техники, разработка методов коррекции искажений и анализа результатов контроля не решена полностью и сохраняет актуальность в настоящее время. Решению этих проблем посвящена данная работа.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка метода и создание прибора РТК, позволяющего проводить с высокой чувствительностью и точностью скоростной контроль изделий на основе пороховых составов при динамических испытаниях. ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1. Провести анализ процесса формирования изображений метода РТК и разработать модель получения сигнала измерительной информации.

2. Рассмотреть звенья приборов РТК и выявить основные источники, приводящие к искажениям сигнала измерительной информации.

3. Разработать метод коррекции искажений сигнала измерительной информации РТК.

4. Определить основные требования к аппаратно-техническому обеспечению прибора РТК, с вводом/выводом телевизионного сигнала.

5. Провести экспериментальные исследования и оценить точностные характеристики и чувствительность прибора РТК.

6. Провести отработку метода и отладку прибора в условиях опытной и промышленной эксплуатации.

Экспериментальные и теоретические исследования, направленные на решение этих задач, проводились на экспериментальной базе АО "ИнформСети" при Федеральном научно-производственном центре (ФНПЦ) "АЛТАЙ" в рамках научно-технических договоров.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования является метод контроля быстроменяющихся эксплуатационных характеристик изделий на основе порохов при стендовых испытаниях, основанный на классическом методе рентгенотелевизионного контроля, с присущей ему чувствительностью по плотности и точностью определения геометрических характеристик. НАУЧНУЮ НОВИЗНУ СОСТАВЛЯЕТ СЛЕДУЮЩЕЕ:

• Впервые предложен вероятностный подход к рассмотрению процесса формирования результатов рентгенотелевизионного контроля с позиции теории обработки изображений.

• Впервые предложено совместить реперную коррекцию результатов и интерполяционный метод в рентгенотелевизионном контроле изделий на основе порохов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ. При выполнении работы применялись как теоретические, так и экспериментальные методы исследования контроля быстроменяющихся характеристик при испытаниях, которые способствовали решению поставленных задач. Исследования проводились путём построения математической модели метода РТК, допускающей численное решение. На всех этапах проводилось сопоставление теоретических и экспериментальных результатов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Во-первых, реализован новый вероятностный подход к рассмотрению процесса формирования результатов РТК, который дает возможность ввести методы, адекватные методам теории обработки изображений и повысить чувствительность метода РТК до 2%. Во-вторых, разработан интерполяционно-реперный метод коррекции искажений наблюдаемого изображения в РТК, представляющий реализацию решения дифференциального уравнения видеоинформационного процесса на реперной решетке и позволяющий снизить геометрические искажения до 2%. В-третьих, предложенные методы компенсации шумовых и геометрических искажений реализованы в виде единого цифрового прибора. В-четвертых, проведено практическое внедрение, разработанного метода и прибора в практику работы ФГУП ФНПЦ "АЛТАЙ" г. Бийска и ОАО БиКЗ (Бийский котельный завод). В-пятых, на основании опытной и промышленной эксплуатации проведена оценка чувствительности и точности метода.

РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Прибор реализован на базе персонального компьютера и включает платы обработки телевизионного сигнала и управляющие программы по устранению искажений при обработке результатов контроля. Прибор внедрен в состав действующей системы рентгенотелевизионного контроля при ФГУП ФНПЦ "АЛТАЙ".

1. Акт. Внедрение результатов диссертационной работы С.М. Заикина в практику обработки результатов стендовых испытаний ФГУП ФНПЦ "АЛТАЙ" г. Бийска - приложение А.

2. Акт. Внедрение результатов диссертационной работы С.М. Заикина в учебный процесс Бийского технологического института - приложение Б.

3. Акт. Использование результатов диссертационной работы С.М. Заикина в практику рентгенотелевизионного контроля изделий энергетической промышленности ОАО "Бийский котельный завод" - приложение В.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Метод рентгенотелевизионного контроля высокоэнергетических изделий химического производства с интерполяционно-реперной моделью коррекции результатов контроля.

2. Модель получения сигнала измерительной информации рентгенотелевизионного метода контроля.

3. Алгоритм компенсации коэффициента увеличения при проецировании в расходящемся пучке излучения.

4. Приборная реализация предложенного метода рентгенотелевизионного контроля.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы обсуждались на семинарах кафедры информационных и управляющих систем Бийского технологического института АлтГТУ., а также на научно - технических советах в отделах ФГУП ФНПЦ "Алтай". Основные результаты работы подкреплены тремя актами внедрения и изложены в 12 печатных работах, опубликованных в различных региональных и центральных научно - технических изданиях, в том числе, тезисы и личное участие в XVI международном симпозиуме по радиографии в г. Кар-пач (Польша). Личное участие в международных симпозиумах и всероссийских конференциях по неразрушающему контролю, радиографии, обработке изображений, информационным технологиям в Москве, Новосибирске, Улан-Удэ, Бийске. V*

ЛИЧНЫИ ВКЛАД. Идея разработки интерполяционно-реперного метода коррекции результатов контроля изделий при динамических испытаниях и создание цифрового прибора принадлежит автору. Автором диссертации проведен анализ методов контроля пороховых изделий при динамических испытаниях, выявлены основные источники искажений результатов контроля, обоснован и осуществлен выбор аппаратной платформы цифрового прибора рентгенотелевизионного контроля, разработан комплекс программных модулей управления прибором, выполнены экспериментальные исследования метода и прибора.

СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВ ДИССЕРТАЦИИ. В первой главе дается формулировка задачи обработки видеоинформации рент-генотелевизионного контроля с позиций теории обработки изображений. При этом вводится понятие - видеоинформационная система рентгенотелевизионно-го контроля ВИС РТК. Рассматривается процесс формирования исходного изображения изделия. Адаптируются к ВИС РТК такие понятия теории обработки изображений, как исходное изображение, ансамбль исходных изображений, функция потерь получателя. Рассматриваются практические вопросы, связанные с искажениями, возникающими при дискретизации наблюдаемого изображения. Формулируются необходимые требования для оптимальной видеоинформационной системы рентгенотелевизионного контроля. Подробно рассматривается восстановление исходного изображения. Делаются необходимые математические выкладки при получении оператора, минимизирующего средне-квадратическое отклонение яркости наблюдаемого изображения от исходного изображения. Делаются необходимые выводы по рассмотрению процессов формирования наблюдаемого изображения.

Во второй главе доказывается, что основными источниками искажений, вносимых в процесс формирования изображения с использованием рентгеновского аппарата £^50+300 КэВ, являются геометрические искажения, вносимые за счет конечного размера источника излучения и контролируемого изделия. При использовании изотопа Ег> 1 МэВ. существенную роль играют эффекты взаимодействия излучения с веществом - комптоновское рассеяние. Угловое распределение у - квантов, определяющее геометрическую нерезкость изображения, можно оценить функцией нормального распределения. Нерезкость, возникающая в случае рассеяния на мелких структурах, зависит от глубины залегания, что позволяет ее оценить. Основной вывод второй главы состоит в том, что искажения, возникающие в телевизионном тракте радиационного телевизионного прибора контроля, на порядок меньше суммарного влияния радиационных искажений. Из погрешностей оптической системы следует учитывать погрешности, приводящие к возникновению подушкообразных искажений и глобальные искажения, обусловленные неквадратичностью телевизионного экрана.

В третьей главе представлены материалы по обзору технических средств, выбору аппаратной платформы и прототипа цифрового прибора рентгенотелеви-зионного контроля с коррекцией результатов контроля. Представлены материалы по разработке метода коррекции и его реализации. При этом получены следующие результаты:

1. Разработана математическая интерполяционно-реперная модель искажений результатов РТК, представляющая реализацию решения дифференциального уравнения видеоинформационного процесса на реперной решетке.

2. Реализован алгоритм компенсации коэффициента увеличения при проецировании в расходящемся пучке излучения.

3. Разработан пакет управляющих программ, реализующий методы фильтрации изображений рентгенотелевизионного контроля, реперную и ракурсную компенсации геометрических искажений наблюдаемых изображений. Это повысило дефектоскопическую чувствительность рентгенотелевизионного метода контроля с 10-15%, получаемую на серийных приборах, до 2%.

В четвертой главе обсуждаются результаты работы и представлены материалы по конструктивной реализации прибора и практические результаты работы. Проведен анализ и сделан выбор аппаратной платформы прибора цифровой коррекции изображений рентгенотелевизионного метода контроля. Экспериментально показано влияние на чувствительность метода РТК процесса обработки наблюдаемого выходного изображения. Показано, что чувствительность метода при этом достигает 2%. Разработанный прибор, реализующий, предложенный метод позволяет снизить уровень геометрических искажений с 10%-15%, до 2%.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

В главе 4 рассматриваются вопросы, конструктивной реализации цифрового прибора рентгенотелевизионного контроля, результаты работы прибора, а также вопросы метрологии. При этом можно сделать следующие выводы:

1. Конструктивная реализация прибора осуществлена в системном блоке персонального компьютера, оснащенного усиленным корпусом и блоком питания и дополнительными платами расширения, образующими аппаратную реализацию прибора, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к промышленной электронике.

2. Проведены стендовые испытания на натурных объектах с использованием цифрового прибора ренгенотелевизионного контроля.

3. Экспериментально показано влияние на чувствительность метода РТК алгоритмов коррекции и обработки наблюдаемого выходного изображения. Показано, что чувствительность метода составляет при этом 2-3%.

4. Показано, что минимальным искажениям подвержены центральные области изображения.

5. Установлено, что в центральных областях изображения наблюдаются отклонения в поведении кривых, что говорит о дифференциальных искажениях, связанных с потенциальным рельефом передающей трубки. Данный метод может быть использован для дефектации передающих трубок для приборов РТК.

6. Кроме локальных искажений, присутствуют глобальные искажения выходных изображений.

7. Четко прослеживается поворот наблюдаемого изображения, о чем говорит угол наклона кривых графика обработки.

8. Предложенный метод коррекции позволяет снизить уровень геометрических искажений с 10%, до 2%.

9. Сложный вид графиков и их отличие друг от друга показывает что, аналитически описать все искажения, которым подвергается изображение, пока не представляется возможным и предложенный метод рентгенотелевизионного контроля является в настоящее время единственно - верным.

Ю.Тестирование прибора в процессе опытной эксплуатации показало, что использование цифрового прибора РТК для коррекции изображений - результатов рентгенотелевизионного контроля позволяет повысить чувствительность данного метода контроля, до 2-3% и свести геометрические искажения, до 2%.

11.Метрология прибора позволяет отнести его к передвижному электрооборудованию с защитой от поражения электрическим током класса I. обеспечивающим надежную защиту работающему оператору и не допускает поражения электрическим током и возникновения пожара.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований по-новому решена задача рент-генотелевизионного контроля изделий из пороховых составов. Разработан метод и создан прибора, позволяющий проводить с высокой чувствительностью и точностью скоростной контроль при динамических испытаниях. При этом получены следующие результаты:

1. Проведен анализ методов контроля изделий на основе пороховых составов при динамических испытаниях. Установлено, что оптимальным по скорости и информативности является метод рентгенотелевизионного контроля.

2. Разработана модель получения сигнала измерительной информации, в основу которой положен вероятностный подход теории обработки изображений, позволяющий по-новому рассмотреть задачу рентгенотелевизионного контроля.

3. Проанализированы звенья рентгенотелевизионного метода контроля. Выявлены основные источники искажений сигнала измерительной информации: статистический шум источника излучения и геометрические искажения, обусловленные неколлимированным источником излучения и оптико-электронной системой приборов.

4. Разработана математическая интерполяционно-реперная модель коррекции искажений наблюдаемого изображения представляющая реализацию решения дифференциального уравнения видеоинформационного процесса на ре-перной решетке. Она совмещает реперную коррекцию с интерполяционным методом и позволяет устранять геометрические искажения изображений рентгенотелевизионного контроля. Реализован метод компенсации коэффициента увеличения при проецировании в расходящемся пучке излучения, позволяющий устранять искажения от неколлимированного источника излучения.

5. Разработан цифровой прибор рентгенотелевизионного контроля изделий из пороховых составов на основе стандартного 50 Гц. телевидения, что позволяет использовать его для процессов с минимальным временем протекания от 0,1 сек. Это соответствует процессам горения. Для процессов со временем протекания ' сек., что соответствует процессам взрыва, необходимо использовать более скоростную аппаратуру.

6. Проведены испытания на натурных изделиях, показывающие, что предложенный метод контроля, реализованный в приборе, позволяет по-новому решить задачи рентгенотелевизионного контроля изделий на основе пороховых составов. При этом снижен уровень геометрических искажений с 10% до 2% и повышена чувствительность с 10-15%, получаемых на серийных приборах, до 2-3%.

7. Дополнительно получен результат: центральные области изображения подвержены дифференциальным искажениям, которые обусловлены потенциальным рельефом передающей трубки. Данный метод может быть использован для дефектации передающих телевизионных трубок-изоконов и ПЗС матриц.

8. Проведено практическое внедрение, разработанного метода и прибора в практику работы ФНПЦ (Федерального научно-производственного центра) "АЛТАЙ" г. Бийска и ОАО БиКЗ (Бийский котельный завод).

Непосредственные результаты нашли отражение в печатных работах [10,24,34,35,36,52,71,72,73,74,75].

В заключение выражаю глубокую благодарность сотрудникам предприятия "ИнформСети" и ФНПЦ "Алтай" за под держку и помощь в обработке результатов.

Заместитель генерального директора ФГУП ФНПЦ' профессо^;К8;//^

АКТ о внедрении результатов диссертационной работы С.М. Заикина на тему "Разработка метода и прибора контроля высокоэнергетических изделий при динамических испытаниях" в практику обработки результатов стендовых испытаний.

Комиссия в составе начальника отдела Г.В. Акулова, начальника сектора М.А. Федорова и ведущего инженера В.В. Балалаева на основании договора 01/071 РП от 02 ноября 1995г. "Разработка метода и прибора контроля высокоэнергетических изделий при стендовых динамических испытаниях" составили * настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы:

-ренгенотелевизионный метод контроля высокоэнергетических изделий с интерполяционно-реперной коррекцией результатов; -прибор цифровой коррекции результатов рентгенотелевизионного контроля; отраженные в актах 1/540 от 02 ноября 1996г., 07/540 от 30 июня 1998г., использованы в практической деятельности при выполнении работ по обработке результатов рентгенотелевизионного контроля стендовых испытаний натурных изделий химического производства в 1996 - 2002 гт.

Применение разработанного прибора и метода рентгенотелевизионного контроля позволило повысить точность определения внутренних геометрических параметров изделий и процессов.

Нач. отдела физико-техни-------измерений и метрологии

Нач. сектора

Вед. инженер

Г-Э- Акулов М.А. Федоров В.В. Балалаев

Проректор по научной работе Бийского технологического института (филиала) Алтайского ^рй^арственного технического

2001 г.

АКТ о внедрении результатов диссертационной работы С.М. Заикина на тему "Разработка метода и прибора контроля высокоэнергетических изделий при динамических испытаниях" в учебном процессе Бийского технологического института Алтайского государственного технического университета.

Комиссия в составе декана ФИТАУ В.Н. Хмелева, заведующего кафедрой ИУС Б.И. Ворожцова и заместителя заведующего кафедрой ИУС A.B. . Налимова составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы:

-ренгенотелевизионный метод контроля высокоэнергетических изделий с интерполяционно-реперной коррекцией результатов;

-прибор цифровой коррекции результатов рентгенотелевизионного контроля; использованы в учебном процессе по курсам "Компьютерная геометрия и графика", "Приборы и методы неразрушающего контроля", "Информационные системы в технике и технологиях".

Применение предложенного в работе прибора, методов и управляющих программ позволило создать новые учебные программы по вышеперечисленным курсам.

Декан факультета информационных технологий и автоматизации к.т.н., доцент Хмелев

Заведующий кафедрой информацибннвк и управляющих систем д.т.н., профессор Щ-^лЛ БИ- ^Р03^0»

Заместитель зав. кафедрой информационных и управляющих систем • к.т.н. A.B. Налимов

Генеральный директор

АКТ об использовании результатов'диссертационной работы С.Д1. Заикина "Разработка метода и прибора контроля высокоэнергетических изделий при динамических испытаниях" в практике рентгенотелевизионного

Результаты диссертационной работы С.М. Заикина:

-ренгенотелевизионный метод контроля высокоэнергетических изделий с интерполяционно-реперной коррекцией результатов; -прибор рентгенотелевизионного контроля; были использованы в практической деятельности предприятия ОАО "Бийский котельный завод" при выполнении работ по рентгенотелевизонному контролю изделий энергетической промышленности в 1999-2002гг. Применение предложенных в работе моделей, метода и прибора позволило повысить точность определения внутренних геометрических параметров изделий при динамическом контроле до 2%. контроля.

Технический директор Зам. директора по качеству Главный сварщик

М.Г. Григорьев Г.Н. Ишков

А.Н. Маштаков

1. Клюев B.B. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. M.: Машиностроение, 1986.

2. Клюев В.В. и др. Промышленная радиационная интроскопия. М.: Энерго-атомиздат, 1985.

3. Добромыслов B.C., Румянцев C.B. Радиационная интроскопия. М.: Атомиз-дат, 1972.

4. Вайнберг Э.И., Казак И.А., Файнгойз М.Л. Рентгеновская вычислительная томография по методу обратного проецирования с фильтрацией двойным дифференцированием. Дефектоскопия, №2-1985.

5. Баранов В.А., Чекалин A.C., Темник А.К. Контроль изделий из полимерных материалов методами цифрового томосинтеза. "Неразрушающие методы контроля изделий из полимерных материалов". Туапсе, 1989.

6. Ощепков П.К. Интроскопия и проблемы технической диагностики. М.: Знание, 1967.

7. Сосов А. Ю. Проблемы цифровой литотрепсии. Вестник хирургии, №9 1991.

8. Клюев В.В. и др. Перспективы применения автоматизированной системы обработки изображений "Спектр" для задач неразрушающего контроля. Дефектоскопия, N5 1985.- С. 92-93.

9. Клюев B.B., Соснин Ф. P. Современное состояние цифровой рентгенотехники. Обзор материалов 7-ой Европейской конференции по неразрушающему контролю (г. Копенгаген) и семинара по цифровой радиоскопии в промышленности (г. Вена). Дефектоскопия, №4-1999.

10. П.Сорокин Р.Е. Теория внутрикамерных процессов в ракетных системах на твердом топливе.- М.: Наука, 1984.

11. Gammfskope Gs-220. Izotopen Technic. Prospect.

12. У. Прэтт. Цифровая обработка изображений. T.I. Т.2. М.: Мир, 1982.23 .Лебедев Д. С. Иерархические вероятностные модели ансамбля сложных изображений. М.: Наука, 1986.

13. Адонин В.М., Заикин С.М., Немиров Ю.В. Автоматизация процесса обработки результатов радиометрического контроля с использованием ЭВМ "Наири-К". Передовой производственный опыт М.: ЦНИИНТИ, №4-1980.-СЛ 8-19.

14. Чекалин A.C. Автоматизация радиометрического контроля. Дефектоскопия, №2-1983.

15. Лейпунский О.И. Распространение гамма-квантов в веществе. М.: Физ.-Мат. литература, 1960.

16. Фано У., Спенсер. Перенос гамма-излучения. М.: Госатомиздат, 1963.

17. Голышев B.C. Вопросы теории многократного рассеяния частиц. М.: Атом-издат, 1980.

18. Телевидение. Под ред. П.В.Шмакова. М.: Связь, 1970.

19. В.М. Гасов и др. Отображение информации. М.: Высшая школа, 1990.

20. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Ленинград.: Энергоатомиздат, 1991.

21. Катие Масоми, Хаяси Томико. Цифровая рентгеновская ТВ установка. Заявка 59-72 284. Япония МКИ М 04 N 7/18, H05G 1/64.

22. Адонин В.М., Заикин С.М., Немиров Ю.В. К вопросу об автоматизации радиометрического контроля. Тезисы докладов на IX Всесоюзной научнотехнической конференции по неразрушающему контролю. М.:ЦНИИМАШ, 1984.-С.34-35.

23. Адонин В.М., Заикин.С.М., Ломоносов С.Ю., Лавренюк В.Н., Модернизация регистрирующей аппаратуры радиометрического дефектоскопа РД-20Р. Передовой производственный опыт. Отраслевой научно-производственный журнал.- М.: ЦНИИНТИ, №7-1985.- С.27-28.

24. Зб.Заикин С.М. Коррекция геометрических искажений рентгенотелевизионной системы интроскопии. Межвузовский сборник научных статей. "Общие проблемы естественных и точных наук: региональный аспект". Бийск: НИЦ БиГПИ, 1998.- С.92-99.

25. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1978.

26. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974.

27. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений, т.1. М.: Наука 1966.

28. Шикин Е.В., Боресков A.B. Компьютерная графика. Динамика. Реалистические изображения. М.: Диалог-МИФИ, 1995.

29. Иванов В.П., Батраков. A.C. Трехмерная компьютерная графика. М.: Радио и Связь, 1995.

30. Шикин Е.В., Боресков A.B. Компьютерная графика. Полигональные модели. М.: Диалог-МИФИ, 2000.

31. Ландсберг Г.С. ОПТИКА. Издательство технико-теоретической литературы М.: 1957.

32. Виртуальные миры. Журнал компьютерной графики и мультимедиа. М.: 101000, а/я 130, №1-1995.

33. Автоматизированные системы обработки изображения (АСОИс-86). Тезисы докладов II Всесоюзной конференции. Львов, сентябрь 1986. М.: Наука, 1986.

34. Специализированная вычислительная система обработки изображений СМ 1650. М.: ИНЭУМ, 1990.

35. Курашов Э.М. Прямой ввод анализатора изображений микроструктур в ЭВМ "Минск-32". "Приборы и техника эксперимента". Журнал. М., №1 -1987.

36. Колесников С.А. и др. Информационно-вычислительный комплекс для обработки изображений на базе ЭВМ "Электроника-60". "Приборы и техника эксперимента". Журнал. М., №1 1986.

37. Буймонов В.П. и др. Аппаратно-программный комплекс для оперативного ввода в ЭВМ и обработки изображений. 'Автометрия". Журнал. Новосибирск, № 1 -1987.-С. 95.

38. Егоров И.А. и др. Комплекс обработки изображений. "Приборы и техника эксперимента". Журнал. М., №5 1986.

39. Компьютер Пресс. Журнал М., № 11-1995.

40. Информационно-технический журнал 625. М.: Редакция 625, № 6 — 1995.-С.71-73.

41. Информационно-технический журнал 625. М.: Редакция 625, № 7 1999.

42. Информационно-технический журнал 625. М.: Редакция 625, № 10- 2000.-С.5-20.

43. Уилтон Р. Видеосистемы персональных компьютеров. М.: Радио и связь, 1994.

44. А.В.Фролов, Г.В.Фролов. Программирование видеоадаптеров CGA, EGA и VGA. М.: Диалог-МИФИ, 1992.

45. Поляков Д.Б. Программирование в среде ТУРБО-ПАСКЛЬ. М.: МАИ А.О РОСВУЗНАУКА, 1992.

46. Н.Тюкачев, Ю.Свиридов. Delphi 5. Создание мультимедийных приложений. М.: Нолидж, 2000.

47. Майко Г.В. Assembler для IBM PC. М.: 1997.

48. Алексеев К.А. Справочник по промышленному телевидению. Киев. 1978.

49. Видеооборудование. Справочное пособие. Ершов К.Г. Санкт — Петербург. 1993.

50. Г.И. Василенко, А.М. Тараторин. Восстановление изображений. М.: Радио и связь, 1986.

51. Рабинер., Гоулд. Теория и применение цифровой обработки информации. М.: Мир, 1978.

52. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. М.: Советское Радио, 1980.

53. Луизов А. В. Инерция зрения. М.: Оборонгиз, 1961.

54. Горелик С.Л., Кац Б.М., Киврин В.И. Телевизионные измерительные системы. М.: Связь, 1980.

55. Rogerson D.J. Dynamic Real-Time Radiography of Solid-Propellant Rocket Motors during Static Firing. Material Evaluation. Volume 45, №11 1985.