Аттестация методик ультразвукового контроля по показателям достоверности
Экспериментально обоснованы показатели достоверности методик ультразвукового контроля и методы их определения. Разработана и проверена экспериментально процедура аттестации методик УЗК.
Об авторах
Дымкин Григорий Яковлевич
Доктор техн. наук, профессор, III уровень по акустическому контролю. Директор НК-Центра НИИ мостов.
Коншина Вера Николаевна
Доцент кафедры «Диагностика и безопасность технических объектов» ПГУПС, III уровень по акустическому контролю. Работает в области аккредитации лабораторий НК, сертификации персонала, УЗК сварных соединений металлоконструкций.
По результатам НК принимается решение о наличии (1) или отсутствии (0) дефекта в объекте. Эти решения могут совпадать или не совпадать с действительным состоянием объекта (рис. 1). Поскольку обнаружение или необнаружение дефекта - события случайные, подчиняющиеся статистическим закономерностям, то достоверность НК - способность обнаруживать и оценивать недопустимые дефекты определяется с учетом вероятностей,где первый индекс указывает на действительное отсутствие или наличие дефекта, а второй - на отсутствие или наличие дефекта по данным НК. Таким образом: Р00 - вероятность правильного необнаружения; Р01 - вероятность неправильного обнаружения (перебраковки); Р10 - вероятность пропуска (недобраковки); Р11 - вероятность правильного обнаружения дефекта.
Вероятности правильных решений и различного рода ошибок являются необходимыми элементами, из которых строятся показатели достоверности. Для оценки достоверности возможны два метода:
- с использованием оперативной характеристики выявляемости дефектов, то есть зависимости вероятности правильного обнаружения Р11 от размера (характеристического размера) X дефекта; при этом Р01 пренебрегают;
- с применением сравнительной операционной характеристики, отражающей соотношение вероятности правильного обнаружения Р11 и вероятности перебраковки Р01.
Рис. 1. Варианты решений при НК
Показатель достоверности методики должен однозначно характеризовать методику (требование однозначности) и учитывать влияющие факторы (требование полноты).
Показатели достоверности, которые могли бы использоваться для аттестации методик НК, приведены в табл. 1.
Показатепь |
Информативность |
|
Название |
Обозначение |
|
Вероятность перебраковки |
P01 |
Содержит информацию об ошибках одного рода |
Вероятность правильного обнаружения |
P11 |
|
Характеристический размер (эквивалентная площадь, условная протяженность при УЗК) при заданной вероятности правильного обнаружения |
Х при P11* |
|
Вероятность правильного обнаружения при Х= Х* |
P11 при Х* |
|
Вероятность правильного обнаружения при заданной вероятности перебраковки |
P11 при P01* |
Содержит информацию об ошибках двух родов |
Вероятность перебраковки при заданной вероятности правильного обнаружения |
P01 при P11* |
|
Площадь под кривой P11(P01) |
||
Отношение правдоподобия |
||
Среднее отношение правдоподобия |
||
"Достоверность" |
D=1-(P10+P01) |
Для экспериментальной проверки выполнения требований однозначности и критичности к действующим факторам выполнен "тестовый" эксперимент, заключающийся в сравнении результатов УЗК сварных соединений по некоторым методикам с действительной дефектной ситуацией.
Рис. 2. Методики УЗК в тестовом эксперименте
Для устранения неопределенности сведений о состоянии объекта контроля применены образцы с моделями дефектов (рис. 2), точное расположение и ориентация которых, а также возможности обнаружения с учетом их отражающих свойств установлены априори и подтверждены при экспертном контроле. При этом количество интервалов с дефектами - более 330, число интервалов без дефектов - более 1100. Очевидно, что достоверность контроля по типовой методике, предусматривающей озвучивание с двух сторон соединения (А+Б на рис. 2), должна быть выше, чем при контроле по методике, при которой сегментный отражатель озвучивается с цилиндрической поверхности.
Рассчитанные по результатам тестового эксперимента (рис. 3) значения показателей достоверности представлены на рис. 4.
Как видно из рис. 4, показатели Р01 при Р11*; Р11 при Р01*; ∫Р11 (Р01)d Р01; Р11 / Р01; {Р11 /Р01} не могут использоваться для аттестации методик УЗК по результатам контроля образцов сварных соединений.
Влияние ошибок оператора при настройке чувствительности, измерении амплитуд сигналов на достоверность ручного контроля показано в работах НИИ мостов, ДГТУ, исследованиях по программе PISC III. Таким образом, ошибки, совершаемые в процессе контроля оператором, являются фактором, органически присущим методике ручного УЗК и снижающим ее достоверность. Поэтому изменение достоверности ручного УЗК моделировалось влиянием оператора. Исследование показателей достоверности двух групп операторов различной квалификации (со стажем работы более 10 лет и без опыта практического контроля) показало, что все выбранные показатели могут быть использованы при аттестации методик УЗК с учетом надежности оператора.
В соответствии с международным стандартом EN ISO 8402:1995, валидация (аттестация) - это подтверждение пригодности методики для НК сварных соединений конкретных объектов, выполненных по установившейся технологии, на основе исследований и посредством представления доказательств.
При постановке задачи аттестации методик НК должна быть указана необходимость обнаружения конкретных дефектов в объекте контроля, а в ряде случаев - измерения размеров и/или классификацию выявленных дефектов.
Процесс обнаружения дефектов на фоне помех с учетом случайных воздействий и влияния оператора подчиняется статистическим закономерностям. Таким образом, аттестация методик НК сводится к оценке статистических характеристик обнаружения недопустимых дефектов в изделиях определенного вида при контроле по данной методике операторами некоторого уровня квалификации. Недопустимые дефекты указываются в соответствующем разделе методики НК или в нормативной (технологической) документации на изделие. При этом в задачу аттестации методики НК не входит оценка достигаемого с ее помощью технического или экономического эффекта.
Рис. 3. Результаты тестового эксперимента
Рис. 4. Показатели достоверности тестового эксперимента: - методика I; - методика 2
Процедура аттестации состоит из двух основных этапов: НК образцов изделий по оцениваемой методике; обработка данных НК и расчет показателей достоверности. "Идеальная" процедура могла бы включать:
а) НК большого числа реальных объектов в реальных условиях по оцениваемой методике;
б) вскрытие всех участков, отмеченных как дефектные и бездефектные при экспертном контроле и контроле по оцениваемой методике;
в) сравнение результатов контроля по оцениваемой методике с "действительными" и расчет показателей достоверности.
Очевидно, что такая процедура "идеальна" потому, что позволяет полно и точно охарактеризовать оцениваемую методику, но практически в абсолютном большинстве случаев не реализуема. Кроме того, в силу "неповторимости" реальных дефектов, она невоспроизводима.
При построении практической процедуры аттестации следует отказаться от некоторых элементов "идеальной" процедуры, сохранив те, которые определяют адекватность полученных оценок, в частности, заменив объекты контроля с реальными дефектами на образцы объектов контроля с изготовленными в них искусственными отражателями известной формы, размеров и местоположения. Важно, что при этом набор образцов и отражателей должен быть достаточно полным, то есть должен, во-первых, охватывать возможный диапазон отражающих (рассеивающих) свойств реальных дефектов (или по крайней мере, его наиболее типичные и крайние значения), и, во-вторых, обеспечивать возможность применения статистических методов для расчета показателей достоверности.
Изложенное позволяет сформулировать основные этапы аттестации методик УЗК:
1. Выбор показателей достоверности аттестуемой методики.
2. Определение образцов, по результатам контроля которых будут определены показатели достоверности и установление "действительной" дефектной ситуации.
3. Проведение контроля по аттестуемой методике
4. Расчет показателей достоверности.
5. Сравнение полученных показателей достоверности с требуемыми, если они заданы.
Поскольку показатели достоверности по-разному реализуют требование универсальности, при их выборе может быть использован методический подход, учитывающий назначение методики НК и информативность соответствующих показателей достоверности.
Экспериментальное опробование процедуры аттестации выполнено для методики автоматизированного УЗК, реализуемой установкой М-400, позволяющей провести контроль со строго определенным шагом сканирования. За требуемые значения показателей достоверности, с которыми должны сравниваться показатели достоверности аттестуемой методики, приняты значения, полученные при ручном контроле операторами с опытом работы. Результаты сравнения показателей достоверности методик автоматизированного и ручного
Анализ, выполненный в соответствии с возможным назначением методики, показал, что:
- для объектов ответственного назначения методика автоматизированного ультразвуковой контроль предпочтительнее, так как соответствующий показатель Р11 при ∆L* больше, чем в случае ручного контроля;
- если убытки, связанные с недобраковкой и перебраковкой соизмеримы, то методики автоматизированного и ручного УЗК таких объектов по показателю D одинаковы;
- для объектов, в которых вероятность возникновения аварийной ситуации из-за дефектов невысока, методика ручного контроля предпочтительнее, так как показатель больше, чем у методики ручного контроля.
Таким образом, для аттестации методик ультразвукового контроля, по нашему мнению, необходимо и достаточно
- определять показатели достоверности по результатам контроля образцов с искусственными отражателями, адекватными по отражающим свойствам реальным дефектам;
- оценивать достоверность методики по показателям, выбираемым с учетом области применения методики;
- проводить экспериментальные исследования для определения показателей достоверности с привлечением операторов того же уровня квалификации, что у операторов, которые будут выполнять штатный контроль.
Результаты выполненной работы использованы в 1999 г. при разработке проекта ГОСТ Р «Аттестация методик неразрушающего контроля», который может быть получен в Головном институте Госстандарта России по метрологическому обеспечению в области НК - ВНИИОФИ.