CN103597346B - 使用合成信号的真实条件下无损检测操作的模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种借助至少一个探测器的无损检测的模拟方法，其特征在于，其包括以下步骤：–测量检验参数，尤其是与所述探测器在空间中的位置相关的参数；且‑生成对应于无损检测操作的合成信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用合成信号的真实条件下无损检测操作的模拟方法。
本发明属于无损检测操作的范围。其被归入模拟器的类别，与例如飞行模拟器或核发电站的操纵室的模拟器等的操作模拟器基于相同的原理，但被应用于无损检测的操作。
背景技术
在现有技术下，存在有关检测概率估算（英语缩写为：POD“Probability of Detection”）的第一种需要，所述估算与检验程序相关联。目前的方法，尤其是实验性方法，是高成本的任务（约），其要求制造大量包含有代表性缺陷的零件，从而允许通过分析由一组检验员所执行检验的结果而建立检测数据。
正在研究使用来自模拟的数据而建立POD曲线的方法，但依然无法处理人类行为因素，这一因素可能在检测统计中具有重要作用（疲劳、进入、屏幕读取、翻译/诊断......）。
其必然结果在于量化自动诊断软件的检测性能。
在现有技术下存在有关培训操作员在代表性零件上进行无损检测的复杂操作的第二种需要。航空零件的较大的成本，以及制造真实缺陷来使其（几何形状、位置）特征改变的困难，使人难以甚至不可能在运行条件下培训操作员。模拟器因此允许在真实条件下培训CND（“无损检测”）的检验员，并将其置于各种各样的操作缺陷和故障的情况下。这将显著提高检验的可靠性，并保证对程序的良好掌控。
最后，最后一种需要在于测试实施这些程序的有效性和困难度，以及其对运行条件的敏感度并因此为其定性。其允许在设计室阶段，在去建立用于获得合格证书的POD（“Probability of Detection”）之前，建立在真实条件下的程序并预期检测试验结果。
在制造或维修阶段以可接受的成本提高CND（“无损检测”）过程的可靠性是一个挑战。
在现有技术中已知由实验性方法估算POD（Probability ofDetection”，无损检测）曲线。
在作为程序的目标的结构中，从对一组代表性缺陷的检验结果的统计分析中估算POD曲线。
样本缺陷的分布的尺寸范围应覆盖至极少被检测到的尺寸以及极少缺失的尺寸。
根据缺陷的特征尺寸，获得代表检验结果的（量化的或二进制的）数据（图1a）。在进行统计分析后，获得如图1b类型的曲线。
统计代表性标准要求必须掌握大量的结构样本。MIL-HDBK-1823（可在以下URL地址获得：http://mh1823.com/mh1823/MIL-HDBK-1823A(2009).pdf）推荐形成至少六十个含缺陷的结构元件，加上十五个完好样本的状态，从而控制虚假警报率。
还已知现有技术中的基于模拟的POD曲线估算。
近期进行的某些研究工作已允许实施使用模拟数据来估算POD的一套方法。
这套方法包括对检测操作（例如CIVA）的模拟软件的输入的参数定义不确定性，从而模拟在检验结果（模拟输出值）上的变化性。
目前的解决方案具有以下局限性：
–一方面，完全实验性的方法成本极为高，且限制了统计中可用的数据数量和/或被用于一系列试验的样本的代表性（例如，使用试样代替安装在结构上的面板）。
–另一方面，完全模拟性的方法不能引入真实的人类行为模式，不管不确定性的覆盖可能性如何，其总会在结果有效性及其可行性上引起问题。而且，该方法的一个重要的困难在于，旨在定义模拟输入的不确定性，从而在输出值中产生专门为此的变化。
发明内容
本发明意在通过提出一种使用合成信号的无损检测的模拟方法来弥补现有技术的缺点。
为此，本发明在其广义的范围内涉及一种借助至少一个探测器的无损检测的模拟方法，其特征在于，其包括以下步骤：
–测量检验参数，尤其是与所述探测器在空间中的位置相关的参数；以及
–生成对应于无损检测的操作的合成信号。
根据一种实施方式，合成信号的所述生成由配置生成器生成的配置而部分地决定，所述配置生成器由结构的虚拟模型构成。
优选地，通过引入缺陷和/或修改结构元件的特性，将结构的所述虚拟模型完成。
根据一种实施方式，所述合成信号是被测量的信号。
根据一种实施方式，所述合成信号是被测量和修改的信号。
更好地，所述信号根据加权、根据时间放大函数和/或根据传递函数被修改。
根据一种实施方式，所述合成信号被模拟和/或被建模。
根据一种实施方式，所述合成信号是以下信号的结合：
–被测量和可能被修改的信号；以及
–被模拟和/或被建模的信号。
根据一种变型，考虑与所述探测器在空间中真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
更好地，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
根据一种实施方式，与所述探测器在空间中的位置有关的检验参数的测量借助简单的编码实现。
根据一种实施方式，与所述探测器在空间中的位置有关的检验参数的测量借助简单的光学编码实现。
根据一种实施方式，与所述探测器在空间中的位置有关的检验参数的测量借助具有回转仪的装置实现。
本发明还涉及一种用来实现上述提及的方法的一种装置。
根据本发明的方法的优点如下：
–其允许仅设置唯一的没有缺陷的代表性结构（假定在真实条件下）。缺陷被配置生成器（虚拟模型）引入模拟操作，且操作员可对带有N个不同和/或定位在结构不同位置的虚拟缺陷的结构进行N次检验；
–其允许从真实信息的反馈（例如超声波匹配问题）提供信号；
–其允许不同参数根据希望发生变化，这些参数有关：
i）缺陷：位置、几何形状
ii）结构本身：对立面的厚度变化、加固件的存在、在一行钛固定件中异常存在钢固定件......
iii）检验：对操作员反应测试的调节值干扰。
附图说明
参考附图，通过对本发明一种实施方式仅以举例方式进行的描述，将更好地理解本发明，附图中：
–图1a示出POD（“Probability Of Detection”检测概率）数据的示例，且图1b示出POD曲线；
–图2是根据本发明的方法的原理示意图；且
–图3示出合成信号的示例。
具体实施方式
在本发明的范围中，提出一种解决方案，该解决方案实现一种CND模拟器（“无损检测”），在该模拟器中，由操作员真正执行检验，但翻译出合成信号。
（配备PC电脑的）检测设备的显示屏上所显示的信号是所谓的合成信号，在某种程度上，其并非（确切地）是由所使用的仪器的采集卡记录的信号。
这些信号例如可以是：
–被测量的信号；
–被测量和被修改的信号（例如加权、时间放大函数、传递函数......）；
–被模拟和/或被建模的信号；
–被测量（和可能被修改）的信号与被模拟/被建模信号的结合。
这些信号应尽可能真实且对应可以在所考虑的结构区域上被测量的信号，并考虑以下信息：
–探测器在空间中的真实定位；以及
–由操作员执行的调节（测定记录）。
图2是根据本发明的方法的原理示意图：执行了运行检验。根据与运行检验有关的参数（调节、探测器位置、被测量的信号......）且根据结构的几何定义以及当前的配置（由配置生成器引入的缺陷），合成信号被生成。根据检验响应（信号、值、图形......），由操作员或以软件方式实现下达决定，且最终执行诊断。所生成的合成信号可以，根据检测配置，立即（实时）被显示在检验仪的屏幕上，或者被提供给负责数据采集的软件，用于以诊断为目的的日后处理。
根据本发明的方法尤其包括三个步骤，它们是：
–测量有关探测器（或传感器）在空间中的位置的检验参数；以及
–与检验参数（包括探测器）和缺陷相关联的合成信号。
–穿过配置生成器（虚拟模型和缺陷），在检验参数和信号之间建立对应性。
合成信号的生成由以下决定：
–被测量的检验参数；
–由“配置生成器”生成的配置，其由结构的虚拟模型（DMU）构成，通过引入缺陷和/或修改结构元件的特性（零件厚度、后表面几何形状、材料）使该DMU完成。此元件可与修改在视频游戏的部分的参数的软件元件相比较。
实施本发明的第三个重要元素涉及这三个子系统之间的通信，用以确保屏幕的合成信号的显示的良好流动性。
“传感器定位”“参数的测量取决于检验操作的复杂度，特别是探测器自由度的数量：
–探测器沿一平面移动：简单的编码足以实现两个自由度（利用两个轴线自动操作）；
–探测器在不平的表面上移动，但不能枢转，或其旋转不影响测量值：可使用简单的光学编码来确定其位置（x,y,z）；
–探测器以大量自由度（x,y,z,Rx,Ry,Rz）在空间中移动:可以安装具有回转仪的复杂的装置（例如探测器上的摄像机和光学标示......）。
可以使用其它数据作为用于合成数据生成模块的输入，例如：
–仪器调节参数，其可直接在仪器的采集卡上收集；
–真实被测量的信号（或该信号的一部分），其也可以直接在仪器的采集卡上被收集；
–由配置生成器提供的结构-缺陷配置。
另一步骤包括生成对应于由操作员正在执行的CND（“无损检测”）操作的合成信号。这些信号被实时（或受控延时）地显示在检验仪的屏幕上。
因此，操作员获得被显示的信号是实际被测量的信号的印象。
信号合成经常被使用在音乐声学上，例如用于数字乐器。已经研发出两种这样的方法。或者数字乐器“弹奏”事先录入并在数据库中找到的乐符，从而生成真实的声学信号，或者模拟信号通过使用物理的仪器模式，使用模拟信号。
基于同样的原理，可合成对应于响应CND（“无损检测”）操作的信号。最类似的情况涉及一种超声波检验，其提供结构的超声声学信号。然而，所述概念也可不受限制地拓展至电磁信号，还或者X光信号。
例如可通过使用以下信号生成合成信号：
–事先被测量且被录入数据库的信号；
–被模拟的信号；
–真实信号和模拟信号的组合，尤其通过使用被模拟的缺陷响应，其随后被结合真实信号中，
–被处理（例如用于孔隙率的过滤）的（真实或模拟）信号；和/或
–两个信号（真实或合成）之间的插值，从而尤其在缺陷边缘最终再现出模糊地带。
图3示出合成信号的示例。
该合成信号允许在任何结构点，以及任何可能的几何形状中定位“虚拟”缺陷。
通过使用配备有PC电脑的检验仪，可以简单的方式确保检验参数和合成信号之间的关联，该PC电脑允许在以下元素之间直接建立关联：
–采集卡
–传感器在空间中的位置的测量装置；以及
–虚拟模型
–信号合成模块。
可选择地，例如为了使检验结果采集（检测、放大、定尺寸）自动化，可实现操作员和测量仪之间的相互作用。这种相互作用可由测量仪的IHM（Interface Homme-Machine人机界面）保证。
本发明可由实施CND（无损检测）的任何工业，或由CND操作员的培训和考试中心使用，目的在于：
–在真实条件下以低成本实现POD（“Probability Of Detection”，检测概率）曲线的估算;
–安装并改进检验程序；
–培训CND操作员；或者
–在运行条件下对CND操作员进行认证。
根据本发明的方法还可以通过使用具有可变缺陷（合成图形）的合成信号生成来评估分析软件的诊断性能。
以上作为示例而描述了本发明。可以理解本领域技术人员可以在不背离本专利的范围的情况下实现本发明的不同变型。
Claims (43)
1.一种借助至少一个探测器来模拟结构的无损检测的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括以下步骤：
–测量检验参数，所述检验参数与所述探测器在空间中的位置相关；
–生成与对应于无损检测操作的检验参数相关联的合成信号，所述合成信号的生成由配置生成器生成的配置而部分地决定，所述配置生成器由结构的虚拟模型构成；以及
–在所述检验参数与所述合成信号之间建立对应性。
2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，与所述探测器在空间中的位置有关的所述检验参数的测量通过具有回转仪的装置来实现。
3.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，通过引入缺陷和/或通过修改结构元件的特性，将结构的所述虚拟模型完成。
4.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是被测量的信号。
5.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是被测量和修改的信号。
6.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，根据加权、根据时间放大函数和/或根据传递函数而修改所述信号。
7.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，对所述合成信号进行模拟和/或建模。
8.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是以下信号的组合：
–被测量和可能被修改的信号；以及
–被模拟和/或被建模的信号。
9.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
10.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
11.根据权利要求8所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
12.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
13.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
14.根据权利要求8所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
15.根据权利要求9所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
16.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，与所述探测器在空间中的位置有关的所述检验参数的测量借助简单编码实现。
17.根据权利要求16所述的模拟方法，其特征在于，通过引入缺陷和/或通过修改结构元件的特性，将结构的所述虚拟模型完成。
18.根据权利要求17所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是被测量的信号。
19.根据权利要求17所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是被测量和修改的信号。
20.根据权利要求19所述的模拟方法，其特征在于，根据加权、根据时间放大函数和/或根据传递函数而修改所述信号。
21.根据权利要求17所述的模拟方法，其特征在于，对所述合成信号进行模拟和/或建模。
22.根据权利要求17所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是以下信号的组合：
–被测量和可能被修改的信号；以及
–被模拟和/或被建模的信号。
23.根据权利要求18所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
24.根据权利要求19所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
25.根据权利要求22所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
26.根据权利要求18所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
27.根据权利要求19所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
28.根据权利要求22所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
29.根据权利要求23所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
30.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，与所述探测器在空间中的位置有关的所述检验参数的测量借助简单的光学编码实现。
31.根据权利要求30所述的模拟方法，其特征在于，通过引入缺陷和/或通过修改结构元件的特性，将结构的所述虚拟模型完成。
32.根据权利要求31所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是被测量的信号。
33.根据权利要求31所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是被测量和修改的信号。
34.根据权利要求33所述的模拟方法，其特征在于，根据加权、根据时间放大函数和/或根据传递函数而修改所述信号。
35.根据权利要求31所述的模拟方法，其特征在于，对所述合成信号进行模拟和/或建模。
36.根据权利要求31所述的模拟方法，其特征在于，所述合成信号是以下信号的组合：
–被测量和可能被修改的信号；以及
–被模拟和/或被建模的信号。
37.根据权利要求32所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
38.根据权利要求33所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
39.根据权利要求36所述的模拟方法，其特征在于，考虑与所述探测器在空间中的真实定位有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
40.根据权利要求32所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
41.根据权利要求33所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
42.根据权利要求36所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
43.根据权利要求37所述的模拟方法，其特征在于，考虑与由操作员所执行的调节有关的信息，在所考虑的结构区域上测量所述合成信号。
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