CC BY
18
УДК 62-5
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И. С. Нагичев, А. В. Провоторов
Владимирский государственный университет, г. Муром, Россия
DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-2-154-159
Аннотация - Целью работы является разработка системы автоматического контроля наружного сварного шва на промышленных предприятиях. Существующие решения, как правило, обеспечивают либо высокую скорость, либо высокую точность. Системы, имеющие высокую точность и скорость, являются очень дорогими (около 200 000$). Такая высокая цена получается из-за универсальности системы, то есть они могут сканировать на большом расстоянии и сканировать сразу большой участок объекта. Если сузить сферу применения и представить, что проектируемая система будет жестко зафиксирована в определенном месте и на небольшом расстоянии от сварного шва, то удастся добиться высокой скорости сканирования при относительно небольшой стоимости.
Ключевые слова: автоматическая система, сварные швы, измерение сварных швов, дефектоскопия.
I. Введение
В настоящее время сложно найти сферу обработки металла, где не использовались бы сварные соединения. Неразрушающий контроль качества сварных соединений является неотъемлемой частью технологического процесса.
Контроль качества сварных швов - необходимая процедура для определения качества металлоконструкции.
Если шов недостаточно плотный, с нарушенной герметичностью и другими деформациями - все это неминуемо скажется на сроке эксплуатации металлоконструкции.
Особенно быстро это произойдет в случае, если металлоконструкция будет находиться под постоянным давлением.
По ГОСТ 15467-79 качество продукции есть совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
Целью работы является разработка системы автоматического контроля наружного сварного шва на промышленных предприятиях.
Существуют различные методы дефектоскопии. Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки. Какие-то предназначены для сканирования внешней поверхности сварного шва, какие-то для внутренней. Но на производстве, как правило, используют комплексный подход, включающий в себя разные методы.
Для обнаружения внешних дефектов сварного шва лучше всего подходит метод лазерной дефектоскопии, основанный на использовании явления отражения света. Дефектоскопы, использующие этот метод, состоят из лазера, светящего на место дефекта, и камеры, направленной к месту дефекта под определенным углом.
Существующие решения, как правило, обеспечивают либо высокую скорость, либо высокую точность. Системы, имеющие и высокую точность, и скорость, являются очень дорогими (около 200 000$). Такая высокая цена получается из-за универсальности системы, то есть они могут сканировать на большом расстоянии и сканировать сразу большой участок объекта. Таблица анализа систем-аналогов представлена на табл. 1.
ТАБЛИЦА 1 АНАЛИЗ СИСТЕМ-АНАЛОГОВ
Скорость обработки 1 метра сварочного шва, сек Точность измерений, мм Стоимость, $
3D Сканер Kreon Zephyr II Blue 1.1 0.025 230 779
LDI SLP Laser Scanner 4.0 0.056 180 275
FARO Laser Scanner Photon 5.0 3.0 5 200
Surphaser HSX laser scanner 0.9 0.2 38 329
Konica Minolta VIVID 3D Laser Camera 1.0 0.125 25 028
II. Постановка задачи
Если представить, что проектируемая система будет жестко зафиксирована в определенном месте и на небольшом расстоянии от сварного шва, то удастся добиться высокой скорости сканирования при относительно небольшой стоимости. Пример решения системы представлен на рис. 1.
Рис. 1. Размещение системы на конвейере
Проектируемую систему можно представить в виде двух модулей (рис. 2):
• Модуль сканирования
• Модуль обработки
Модуль сканирования состоит из линейного лазера, который направлен на сварной шов, и высокоскоростной камеры, расположенной под углом 45 градусов, к линии лазера. Скорость съемки камеры подбирается в зависимости от скорости движения конвейера, поэтому система является гибкой, и может быть подстроена под различные условия. Стоимость системы будет так же зависеть от скорости съемки камеры.
Модуль обработки представляет собой высокопроизводительный компьютер. Стоит отметить необходимость наличия SSD накопителя и важность выбора высокопроизводительного центрального процессора.
Так как скорость съемки камеры будет очень высокой (около 700 кадров в секунду), необходимо обеспечить быстрый канал связи между модулями сканирования и обработки. Было решено использовать интерфейс USB 3.0, который обеспечивает скорость обмена информацией около 640 Мб/сек. Данной скорости должно быть достаточно для передачи такого большого потока данных.
Рис. 2. Схема проектируемой системы Реализовать спроектированную систему планируется с помощью компонентов, представленных в табл. 2.
ТАБЛИЦА2
СТОИМОСТЬ КОМПОНЕНТОВ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ
Наименование Цена
Камера Basler ace Series acA640-750uc 1 100$
Объектив Lens Edmund Optics CFFL F1.3 f8.5mm 2/3 323$
Лазерный модуль LMO650-3, комплектуемый защитным корпусом и креплением 48$
Компьютер для обработки данных 1 616$
Таким образом, получается, что себестоимость спроектированной системы равна 3 087$, что значительно дешевле, чем у систем-аналогов. А за счет камеры со скоростью съемки 750 кадров в секунду, удается достичь скорости сканирования 1.2 метра сварного соединения в секунду.
III. Теория
Для определения отклонения в сварном шве необходимо: Получить изображение (рис. 3). Произвести его бинаризацию (рис. 4). Определить и оставить выделенными только линии. Произвести размытие гауссовым фильтром (рис. 5).
В каждом столбце оставить только одну точку с наибольшим весом (рис. 6). Удалить оставшиеся точки с малым весом.
Поиск отклонения от нормального значения параметра, характеризующего ровную поверхность трубы (рис. 7).
• Нормализация графика по углу наклона профиля (рис. 8).
Рис. 3. Исходное изображение
Рис. 4. Результат бинаризации
Рис. 5. Результат применения гауссова фильтра
Рис. 6. Результат удаления точек с малым весом
Рис. 7. Получение значения отклонения от нормы
Рис. 8. Нормализация графика по углу наклона профиля
Проектируемая система должна определять следующие виды дефектов сварного шва: Усиление Подрез Острый угол
Не полностью заполненные канавки Разрегулированность
7 ПП
Усиление
Подрез
Острый угол не полноСтъю Разрегулированность
заполненные канавки
Рис. 9. Виды дефектов сварного шва Определение видов дефекта будет производиться сравнением полученных характеристик с базой шаблонов.
IV. Результаты экспериментов В настоящее время построен прототип с использованием линейного лазера и web камеры с разрешением 2Мп. И было произведено его тестирование в лабораторных условиях (рис. 10-11). В результате тестирования удалось достичь точности сканирования в 0.1мм (рис. 12).
Рис. 10. Процесс лабораторного тестирования
Рис. 11. Результаты тестирования
Рис. 12. Смещение лазерной линии при отклонении в 0.1 и 0.15мм
V. Выводы и заключение
В результате выполнения работы будет получена система контроля качества внешней поверхности сварного шва, которая позволяет сканировать сварной шов, не уступая в скорости и точности конкурентам, при этом обладающую достаточно низкой стоимостью.
Список литературы
1. Provotorov A., Orlov A., Astafiev A.The localization algorithm of symbolic and bar-code labels on industrial products for the control of product movements // International Conference on "Stability and Control Processes" in Memory of V. I. Zubov: Proceedings, 2015.
2. Provotorov A., Orlov A., Astafiev A.The method of combining the results of localization algorithms for character and bar code labels // International Conference on "Stability and Control Processes" in Memory of V. I. Zubov: Proceedings, Methodology and algorithms for automatic two-stage video identification of rolling billets Automation in the industry. 2013. 10. Р. 53-56.
3. A. A. Orlov, A.V. Astafjevs, A.V. Provorotov. Methodology and algorithms for automatic two-stage video identification of rolling billets Automation in the industry., 10 (2013), pp. 53-57
4. Provotorov A., Orlov A. Astafiev A. The Method of Combining the Results of Localization Algorithms for Character and Bar Code Labels // 2015 International conference "Stability and control processes" in memory of V. I. Zubov, 2015.
5. Astafjevs A. V., Provorotov A. V., Orlov A. A. Analysis of visual monitoring of the production process at the industrial enterprises // Herald NSUEM. 2011. 1. Р. 26-32.
6. Provotorov A., A. Orlov A., Astafiev A. Methods and algorithms of automated two-stage visual recognition of metal-rolling billets // Automation and remote control. 2016. Vol. 77, № 6. Р. 1099-1105.
7. Astafiev V., Orlov A. A. Realization and Using the Algorithm to Digital Localization of the Scenes of the Symbol Marks on Base of the Analysis to Velocities of the Change to Brightness // Modern Prob. Sci. Educ. 2012. Vol. 6, no. 44.
8. Orlov A., Astafiev V. Development of Algorithm for Localization of Production Markings with the Use of Analysis of the Color Data on Digital Images // 14th Goeconference on informatics geoinformatics and remote sensing conference (SGEM-2014). 2014. P. 113-118.
9. Orlov A. [et al.]. Methods and Algorithms to Localization of the Scenes of the Markings in Operated Video Surveillance Systems // Proc. Southwest State U. ser. Manag. Comput. Facil. Comput. Sci. Med. Instr. Making. 2011. № 2. P. 22-29.
10. Emel'yanov B. C., Myshlyaeva L. P. [et al.]. Methods for the Identification of Industrial Facilities in Control Systems // The Kuzbass Muzizdat. 2007.
11. Kasaei S. H. [et al.]. New Morphology-Based Method for Robust Iranian Car Plate Detection and Recognition // Int. J. Comput. Theor. Eng. 2010. Vol. 2, no. 2. P. 1793-1796.
12. Lampert C. [et al.]. Beyond Sliding Windows: Object Localization by Efficient Subwindow Search // Proc. of CVPR. 2008.
УДК 006.91:681.2
АВТОМАТИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА КАЛИБРОВКИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
М. Ю. Николаев1, Е. В. Николаева1, И. А. Лесков1, С. В. Бирюков1, В. А. Лариошкин2, А. В. Варварский2
'Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия 2ЗАО «Нижневартовская ГРЭС», г. Нижневартовск, Россия
DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-2-159-164
Аннотация - корректное функционирование информационно-измерительных систем невозможно без своевременного метрологического обследования и калибровки измерительных каналов. Некалиброван-ные каналы могут передавать недостоверную информацию, что приводит к неэффективному мониторингу и неправильным принятиям режимных решений. Обзор современных исследований в области калибровки измерительных каналов указывает на низкую исследовательскую активность в данной области и подчеркивает ее актуальность. Работа проведена в соответствии с общенаучным методом познания - конкретизацией совместно с комплексным анализом. Результатом исследования является модернизация алгоритма калибровки, что позволяет с сокращением времени и привлекаемого персонала получать отчеты о неопределенности передаваемой информации измерительными каналами с исключением прямого подключения к исследуемой системе. Практическая ценность разработанного алгоритма калибровки состоит в том, что исключается ручной ввод данных путем программного сопряжения автоматизированного рабочего места дежурного инженера и ЭВМ посредством установленной камеры видеофиксации данных калибровки, вследствие чего выдача готовых протоколов калибровки происходит незамедлительно, а калибровку выполняет специалист, мгновенно получающий результат. Исключается субъективная и аддитивная неопределенности метрологического персонала. Результаты данного исследования могут быть применены и применяются в работе базовых метрологических служб энергокомпаний.
Ключевые слова: измерительный канал, калибровка, информационно-измерительная система, электроэнергетическая система, электроэнергия.
I. Введение
Корректное функционирование информационно-измерительных систем невозможно без своевременного метрологического обследования и калибровки измерительных каналов. Некалиброванные каналы могут передавать недостоверную информацию, что приводит к неэффективному мониторингу и неправильным принятиям режимных решений. Необходимые метрологические работы выполняются на каждом этапе жизненного цикла как автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП), так и других систем управления и контроля, определяются требования к точности выполнения измерений, выбираются средства измерений для организации измерительных каналов (ИК), обеспечивающих требуемую точность, а также происходит выбор рабочих эталонов, которые подтверждают заданную точность, производится аттестация и всех
