Исследование достоверности обнаружения дефектов при автоматическом скоростном ультразвуковом контроле рельсов в пути тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Лончак, В. А.

• Лончак, В. А.
• 1972

Оглавление диссертации Лончак, В. А.

ВВЕДЕНИЕ . ^

Глава I. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ПРИ

АВТОМАТИЧЕСКОМ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ РЕЛЬСОВ.€

§ 1.1. Краткая характеристика дефектов в рельсах, обзор работ по методам и техническим средствам рельсовой дефектоскопии. . . . ^

§ 1.2. Определение показателей качества дефектоскопических систем . .а

§ 1.3. Сигналы и помехи в теории обнаружения дефектов. . ¿О

§ 1.4. Основные положения статистической теории обнаружения дефектоскопических сигналов.

Вероятностные характеристики»качества обнаружения. , №

Выбор критериев качества обнаружения дефектов.

Постановка задачи оптимального обнаружения дефектоскопических сигналов.

§ 1.5. Выводы.

Глава II. АНАЛИЗ СИГНАЛОВ И ПОМЕХ ПРИ СКОРОСТНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ. . . . М

§ 2.1. Исследование характеристик дефектоскопических сигналов

§ 2.2. Анализ акустических помех.

§ 2.3. Исследование статистических характеристик акустических помех

§ 2.4. Статистические характеристики помех при электро-магнитно-акустическом способе возбуждения и приема ультразвуковых колебаний . }

§ 2.5. Выводы

Глава III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ, . ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИХ СИСТЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

§ 3.1. Определение структуры устройства, осуществляющего оптимальный прием эхо-сигналов.%Ф

§ 3.2. Вычисление показателей качества обнаружения дефектов^

§ 3.3. Методика оценки помехозащищенности ультразвукового эхо-импульсного дефектоскопа

§ 3.4. Методика расчета вероятностных параметров обнаружения дефектов при зеркально-теневом методе контроля

§ 3.5. Выводы.\iQi

Глава 1У. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ ДЛЯ СКОРОСТНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВ.Ш

§ 4.1. Некоторые вопросы построения функциональных схем и выбора параметров систем для автоматизированного ультразвукового контроля рельсов.

§ 4.2. Функциональная схема аппаратуры с пьезоэлектрическими искателями для автоматического скоростного контроля рельсов в пути

§ 4.3. Функциональная схема аппаратуры для скоростного контроля рельсов при бесконтактном способе возбуждения и приема ультразвуковых колебаний.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование достоверности обнаружения дефектов при автоматическом скоростном ультразвуковом контроле рельсов в пути»

Железные дороги нашей страны играют важную роль в народном хозяйстве, так как на их долю приходится более ирех четвертей внутреннего грузооборота. Пятилетним планом на 1971-1975 гг. предусматривается увеличить грузооборот железнодорожного транспорта примерно на 22$, Экономичное освоение возрастающего объема перевозок невозможно без совершенствования конструкций подвижного состава, увеличения веса и скорости движения поездов. Большое значение в обеспечении безопасности и бесперебойности движения поездов имеет прочность и выносливость железнодорожных рельсов. Снижение прочности и срока службы рельсов происходит как за счет наличия в металле посторонних включений, связанных с недостатками технологии производства, так и за счет недостаточной контактно-усталостной прочности. Следовательно, первоочередной задачей по улучшению качества рельсов является разработка мер, предупреждающих образование в стали локальных неметаллических включений. Наряду с этим, увеличение скорости движения поездов и грузонапряженности железных дорог требует разработки методов и устройств обнаружения дефектов, возникающих в рельсах в процессе эксплуатации. Эта задача не может быть решена простым увеличением парка рельсовых дефектоскопов без качественного их улучшения.Существенное повышение эффективности и производительности контроля может быть достигнуто применением скоростных методов дефектоскопии, осу- . ществляемой специальными вагонами-дефектоскопами, а также комплексной автоматизацией процесса обнаружения и регистрации дефектов.

При разработке автоматизированных дефектоскопических систем скоростного контроля рельсов первоочередное значение получает достоверность обнаружения дефектов, которая обуславливается правильностью выбора основных параметров контроля с учетом различных помех, встречающихся в процессе дефектоскопии. Помехи являются основной причиной, снижающей вероятность обнаружения дефектов. Поэтому вопросы исследования помехоустойчивости систем скоростной дефектоскопии являются основными лри разработке теории и практики автоматизированного контроля рельсов*

6 связи с этиы целью настоящей работы является:

1. Экспериментальное исследование характеристик сигналов и дефекте с учетом различных случайных факторов, влияющих на их интенсивность.

2. Экспериментальное и теоретическое исследование характера и законов распределения помех при ультразвуковом скоростном контроле рельсов в пути в зависимости от качества рельсов и скорости движения для различных способов создания акустического контакта.

3. Исследование вопросов помехоустойчивости автоматизированных систем ультразвукового контроля рельсов, обеспечивающих максимальную вероятность обнаружения дефектов с учетом случайного характера сигналов и помех.

В результате проведенных исследований стало возможным обоснованно выбрать параметры контроля и разработать принципы построения установок, предназначенных для автоматизированного скоростного ультразвукового контроля рельсов, которые были созданы во ВНЙИНКе, прошли эксплуатационные испытания и внедрены на Московской, Октябрьской и Севз-Кавказской железных дорогах»

- €

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Лончак, В. А.

Выход Я 5

Рис, 31. Блок-схема селектора синхронных сигналов по частоте повторения: I - усилитель дефектоскопа; 2 - схема совпадений; 3 - согласующий каскад; 4 - ультразвуковая линия задержки; 5 - усилитель; б - селектор синхроимпульсов; 7 - синхронизатор дефектоскопа,

Вход

1 2 5 о тт о~! Выход л

Рис. 32. Блок-схема селектора пачки синхронных сигналов: I - генератор задержки; 2 - генератор строб-импульсов; 3 - эталонный блокинг-генератор; 4 - схема антисовпадений; 5,6 -схемы совпадений; 7 - интегратор. импульсов в пачке эхо-сигналов ниже порогового уровня обнаружения, поэтому логика " К подряд из М " может привести к пропуску дефекта

На рис. 33а,б приведены эпюры напряжений в схеме для случаев, если пачка эхо-импульсов от дефекта, следующих с периодом Т , не содержит пропусков (приведено 4 импульса) и если пропущен хотя бы один импульс в пачке (второй), т.е. если рядом расположены дефекты незначительной протяженности или некоторые импульсы являются помехой.

При подаче на вход схемы А/ сигналов от дефекта, следующих с видеоусилителя-селектора дефектоскопа, схема задержки I запускается и формирует положительный нрямоугольный импульс Т» . Длительность устанавливается в зависимости от выбранного для срабатывания регистратора импульса пачки (рис. 33а, П). В момент формирования заднего фронта импульса задержки запускается генератор строб-импульса 2 (рис. 33а, Ш). Импульс задержки Г* отпирает блокинг-генератор 3,который вырабатывает в пределах длительности Т* короткие эталонные импульсы (рис. 33а, 1У). Эталонные импульсы, следующие через период

Т , сравниваются схемой антисовпадений Ц- с пачкой принятых дефектоскопических сигналов. В случае, приведенном на рис. 33а, эталонные импульсы компенсируются эхо-сигналами и на выходе схемы Ц- сигналы отсутствуют (рис. 33а, У). Схема задержки запускает через установленное время генератор 2, строб-импульс которого выделяет в каскаде совпадений 5 (рис. 33а, У1) выбранный для срабатывания автоматического регистратора импульс (на приведенном примере четвертый).

Если в пачке некоторые импульсы пропущены или на вход схемы поступают несинхронные помехи (рис. 336), на месте отсутствующего через период Т сигнала появится импульс отрицательной полярности (рис. 336, У), который сбрасывает схему задержки. В этом случае на регистрацию сигналы не поступают (рис. 336, У1).

В режиме П входные импульсы (рис. ЗЗв, I) также запускают схему задержки I. Длительность импульса, вырабатываемого схемой задержки,

Рис. 33. Эпюры напряжений селектора пачки синхронных сигналов устанавливается в зависимости от возможного числа импульсов в пачке эхо-сигналов: Т#= (Ы-1)Т + 10 мксек. Импульс схемы задержки отпирает блокинг-генератор 3, который вырабатывает М строб-импульсов, следующих через период (рис, ЗЗв, Ш). Строб-импульсы подаются на схему совпадений 6, на второй вход которой поступают сигналы с видеоусилителя дефектоскопа. Импульсы, выделенные схемой совпадений, интегрируются на накопителе 7 (рис. ЗЗв) й сравниваются с пороговым напряжением, устанавливаемым в зависимости от требуемой достоверности обнаружения дефектов, определяемой вероятностями обнаружения I) и ложной браковки Г .

Результаты опытной эксплуатации.

В 1966 году аппаратура установлена в специально оборудованном вагоне-дефектоскопе на Московской ж.д. В процессе наладочных и эксплуатационных испытаний ультразвукового вагона-дефектоскопа проводились исследования дефектоскопических сигналов и помех при различных скоростях контроля и качестве поверхности рельса. Основной задачей этих исследований являлась экспериментальная проверка методики выбора оптимальной чувствительности к дефектам основных групп при наличии помех. Отработка методики контроля производилась на специально оборудованных участках пути, на Одесско-Кишиневской ж.д. и опытном кольце ЦНИИ МПС, где были уложены рельсы с искусственными и естественными дефектами, а также в линейных условиях на Московской ж.д. В процессе проведения работы определялись критерии выбора порогового напряжения регистрации для различных режимов записи сигналов - на кинопленку,бумагу, а также рри автоматической селекции. С целью выяснения степени достоверности обнаружения контактно-усталостных дефектов одновременно с работой ультразвукового вагона-дефектоскопа контроль рельсов проводился также магнитным вагоном-дефектоскопом и дефектоскопными тележками УРД-58 и УЗД-НИИМ6. Все рельсы с отметками на дефектограммах, соответствующими записям предполагаемых дефектов, подвергались вторичному контролю в процессе натурного осмотра. Рельсы, признанные остродефектными, подвергались замене и контрольному излому.

В таблице 13 сопоставлены данные проверки одного и того де участ ка пути длиной 50 км различными дефектоскопами. Ультразвуковой и магнитный вагоны-дефектоскопы осуществляли трехкратный проезд контролируемого участка.

Список литературы диссертационного исследования Лончак, В. А., 1972 год

1. Классификация дефектов и повреждений рельсов РТМ 32/ЦП-1-66,М., изд-во "Транспорт",1967.

2. Дьяконов В.Н. ,Колотушкин С.А.»Баулин И.С. Применение ультразвука для обнаружения контактно-усталостных повреждений головки рельсов в различных стадиях их развития. Труды ЦНИИ МПС,ВЫП.314.

3. Рельсы повышенной эксплуатационной стойкости.Труды ЦНИИ МПС, вып.314.М.,"Транспорт",1966.

4. Козлов В.Б. и др.Рельсовая дефектоскопия,издание 2-е, "Трансжел-дориздат",1963.

5. Лысенко Й.М. Опыт эксплуатации и конструктивные особенности рельсовых дефектоскопов МРД-62. ЦИНТИ МПС,М., 1965.

6. Власов В.В.и др. Дефектоскоп для контроля рельсов при высокой скорости движения. ФММ,т.7,вып.4,1959.

7. Довнар Б.П.,Успенский Е.И. Некоторые результаты исследования выявляемо сти дефектов в рельсах вагоном-дефектоскопом. Труды ЦНИИ МПС,вып.243,"Трансжелдориздат",1962.

8. Гурвич А.К. Новые ультразвуковые дефектоскопы типа УЗД-НЙИМ5. Серия"Путь и путевое хозяйство",вып.7,М.,ЦЩЩ МПС, 1964.

9. Козлов В.Б. ,Кочкарев П.Я. Ультразвуковой вагон-дефектоскоп. "Путь и путевое хозяйство",1970,№5.

10. Egelkramt К. Ort-Site Ultrasonic Rail Testing. Nondestructive

11. Testing, augufct,1968. 1^4 Eoono K.,Satoo H. Ultrasonic 51 aw Detectors for Testing Bails.

12. Mitsubishi Denfri Giho",vol.42,No 12,1968. 12. Ivan L.Joy. Apparatus for Use in Ultrasonic Bail Testing.

13. Brit.Patent Но.1080598,о1.ШФ1,

14. Козлов В.Б. Дефектоскоп для автоматического контроля качества рельсов. Авт. свцд.Л 216352,Бюллетень изобретений, 1968, J6 14.

15. Шкаряет Ю.М»,Лакшина H.H. Исследование ЭМАП сдвиговых колебашй. "Дефектоскопия",1970,J 3.

16. Буденков Б.А. Бесконтактный ввод и прием ультразвука."Дефектоскопиям, 1969,1 I.

17. Круг Г.А, Кандидатская диссертация. Л., ЛИИЖТ,1966.

18. Райхман А.3.Ермолов H.H. Определение оптимальной чувствительности ультразвукового дефектоскопа",, Дефектоскопия"1965,,№ 4.

19. Гурвич А.К. »Кузьмина Л.И. Основные параметры ультразвукового контроля,способы их эталонирования и определения. Л. ,ДЦНТП,1969.

20. Ермолов Й.Н. Методы ультразвуковой дефектоскопии/курс лекций/, часть 1и2,изд. Московского горного института, 1966/1967.

21. Гурвич А. К. и др.Методы измерения координат дефектов при автоматическом УЗ контроле сварных соединений. Материалы научно-технической конференции. Л. ,ЛШШ\1969.

22. Гуткин Л.С. Современная радиоэлектроника и ее проблемы. Изд-во "Советское радио",1968.

23. Современная радиолокация/анализ »расчет и цроектирование систем/. Перевод с англ. под ред.Кобзарева КГ*Б.Изд. "Советское радио"1963

24. Бурцев М.Г. О критериях качества массового дефектоскопирования. "Дефектоскопия",1965, Л 5.

25. Малинка A.B. Кандидатская диссертация. Днепропетровск, Металлургический институт, 1966.

26. Гурвич А.К. О "чувствительности" и " угле ввода" при ультразвуковой дефектоскопии. "Дефектоскопия" ,1966,Л 6.

27. Митяшев Б.Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. Изд-во "Советское радио",1962.

28. Котельников В. А. Теория потенциальной помехоустойчивости. Гос-энергоиздат, 1956.

29. J Ермолов И.Н. ,Пилин Б.П.Возможности повышения чувствительности при ультразвуковом контроле изделий с крупнокристаллической структурой. "Дефектоскопия", 1969,№ I.

30. Droege А. "Metall*urgia italiana", 1968,vol.60,No4,p.248-250.

31. Харкевич A.A. Борьба с помехами. ФизматгизД1963.

32. Лончак В. А. Методика оценки помехозащищенности эхо-импульсного дефектоскопа. Труды ВНИИНК.т. I, Кишинев,1969.

33. Барышев O.E. Спектральный состав эхо-импульсов. "Дефектоскопия" 1968,№ 4.

34. Иоффе В.В. »Японский A.A. Расчетные графики и таблицы по электроакустике. М.»Госэнергоиздат, 1954.

35. Дианов Д.Б. Исследование направленности призматических преобразователей. "Дефектоскопия", 1965, &Z35. 1*урвич А.К. Диаграммы направленности наклонных искателей.- "Дефектоскопия", 1966, £ 6.

36. Глухов H.A. Квопросу о направленности электромагнитно-акустического датчика сдвиговых колебаний Дефектоскопия",1969,№ .

37. Гурвич А.К. и др.Индикатриссы рассеяния отражателей,как источник дополнительной информации о дефектах.Материалы конф. ,ЛИИЖТ,1969.

38. KLeint B.E. Nondestructire Testing,1957,v.15,p.11.

39. Гурвич A.K.,Щукин В,А. Сравнительная оценка способов условной протяженности дефектов. Материалы конференции,ЛИИЖТ,Л., 1969.

40. Фельдман Л, С. Статистический анализ результатов ультразвукового контроля поковок и штамповок. "Дефектоскопия" ,1968, Л 2.

41. Меркулов Л.Г. Исследование рассеяния ультразвука в металлах.Журнал технической физики,1956.

42. Шастова Г.А. Помехи и помехоустойчивость передачи информации. Энциклопедия измерений,контроля и автоматизации,вып. 5,1965.

43. Лончак В.А. »Бобров В.Т. .Перлатов В.Г.Повышение устойчивости ультразвукового дефектоскопа к нерегулярным помехам. "Дефектоскопия", 1968, ЛЗ.

44. Певницкий В,П. »Француз А.Г.Остатистических распределениях амплитуд импульсов радиопомех,создаваемых электроустройствами, "Электросвязь", 1958, £9.

45. Образ Я. Проблемы автоматизации операций ультразвуковой дефектоскопии. "strojirenstvi"»1969, II.

46. ВайнштейнЛ.А. »Зубаков В. Д. Выделение сигналов на фоне случайных помех, йзд-но"Советское радио",I960.

47. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника.Изд "Советское радисРДЭбб.

48. Хелстром К. Статистическая теория обнаружения сигналов. Изд-воиностранной литературы, 1963.57./Магсша J.I. A Statistical Theory of Target Detection oil Pulsed Eadar.Traas.IEE on Inform. Theory,1960,v.IT-6,Ho 2.

49. Schwartz M. Effect of Signal Fluctuation an Pulse Signal Detection. ШЕ Trans., 1956,v.IT-2,JJ© 2.

50. Крамер Г. Математические методы статистики. Изд. иностр. лит-ры, 1948.

51. Рапопорт Ю.М. Помехоустойчивость автоматического теневого дефектоскопа. "Дефектоскопия", 1969, №4.

52. Кеслер H.A. Ультразвуковой статистический метод структурного анализа материалов. "Дефектоскопия", 1970,Л 4.

53. Заездный A.M. Основы расчетов по статистической радиотехнике, йзд."Связь",1969.

54. Вентцель E.C. Теория вероятностей. Физматгиз ,W,I962.

55. Лончак В.А. Скоростной контроль рельсов с применением бесконтактных преобразователей."Ультразвуковые методы неразрушаадего контроля", материалы конференции, Киев,1970.

56. Козлов В.Б. Кандвдатская диссертация. ЦНИИ МПС, 1968.

57. Меркулов Л, Г. Новые достижения УЗ дефектоскопш.ДЦНТП,Л. ,1963.6?. Nakamura H. Ultrasonic Rail Inspection Car. Japanese Railway

58. Engineering, 1966, vol. 7, No J.

59. Вериго М.Ф. Вертикальные силы, действующие на путь при прохождении подвижного состава.Труды ЦНИИ ЩС, вып. 97,1955.

60. Грачева Л.О. Взаимодействие вагонов и железнодорожного пути. Труды ЦНИИ МПС,вып.359,M., 1968.

61. Пономарев С.Д. Расчеты на прочность в машиностроении,т.3,гл.X, 1959

62. Шафрановский А.К. Непрерывная регистрация вертикальных сил взаимодействия колеса и рельса.Труды ЦНИИ МПС,вып.308,М. ,1965.

63. Huttcm. P.H. Materials Evaluation, 1968,vol.26,Но 7»

64. Dune dan H .L. et al. Detektion of Fatigue Crack Growth by Acoustic Emissico. Technigues. Materials Evaluation,1970,vol.28,No 10*

65. Клупшн М.й. Резание металлов.Элементы теории пластической деформации. М.,Машгиз,1958.

66. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов.M. .Машгиз, 1956.

67. Лончак В.А, Исследование помех при дефектоскопировании изделий ультразвуковым эхо-импульсным дефектоскопом."ДефектоскопияV1969,Ш

68. Венчковский Л.Б. Помехи в каналах телемеханики."Энергия",М. ,1966.

69. Каневский З.М.Финкелыптейн М.И, Флуктуационная помеха и обнаружение импульсных радиосигналов. Госэнергоиздат,М.,1963.

70. Горяинов В.Т.,Журавлев А.Г. »Тихонов В.И. Примеры и задачи по статистической радиотехнике. Изд-во"Советское радио", 1970.

71. Лончак В.А. Достоверность обнаружения дефектов при скоростном контроле и бесконтактном возбуждении и приеме УЗК.Труды ВНИИНК, т.2,Кишинев,X97I.

72. Лончак В.А. ,Бондаренко А.И. Авторское свидетельством. 42к/46/06, Л 258689,Бюллетень изобретений,1969,Л I.

73. Самсоненко C.B. Цифровые методы оптимальной обработки радиолокационных сигналов.М.»Военное издательство,1968.

74. Гурвич А.К. Зеркально-теневой метод ультразвуковой дефектоскопии. М.,изд-во"Машиностроение",1970.

75. Лончак В.А.»Бобров В.Т.»Перлатов В.Г. Авторское свидетельство, кл.42к,46/06, Л 190050,Бюллетень изобретений,1967,ЛI ,стр.82.

76. Лончак В.А.»Иванов Й.В. Авторское свидетельство,кл.42к,46/06, Л184001.Бюллетень изобретений,1966,Л 14,стр.101.

77. Дмитриев В.А. и др.Авторское свидетельство,кл,42к,46/06,Л169858у Бюллетень изобретений, 1965,Л 7.

78. Справочник по радиоэлектронике. Под редакцией A.A. Куликовского. Том I,изд-во"Энергия",1967.

79. Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. Изд-во "Советское радио",1969.89* Schwartz H. A Coincidence Procedure for Signal Detection. IBS frans«, 1936, Dec.,IT-2.

80. Власов В.ВУФизика металлов и металловедение?1958,т.6,вып.3,426.

81. Власов В.В.,Лончак В.А. и др.Ультразвуковой контроль железнодорожных рельсов,уложенных в путь,с использованием электромагнитно-акустических преобразователей. "Дефектоскопия? 1971, Л 3.

82. Сазонов Ю.й. Основные уравнения теории электродинамическрго возбуждения ультраакустических колебаний. ЦНЙЙТМАШ,научная публикация Л 192,1969.

83. Бордюгов Г.Т.,Лончак В.А. и др. 0 повышении помехоустойчивости зеркально-теневого метода ультразвукового контроля."Дефектоскопия* 1970,Л1.