Nghiên cứu giải pháp và công cụ phát hiện tự động khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute nghiên cứu đề xuất giải pháp và công cụ phát hiện tự động khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Giải Pháp Phát Hiện Tự Động Khuyết Tật Hàn Qua Phim Chụp Ảnh Bức Xạ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.2.1. Ý nghĩa khoa học
• 0.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 0.3. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• 0.3.1. Mục tiêu chung
• 0.3.2. Mục tiêu cụ thể
• 0.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 0.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 0.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 0.5. Kết cấu luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mối hàn
• 1.2. Khuyết tật hàn
• 1.2.1. Ngậm xỉ từ thuốc hàn nóng chảy
• 1.2.2. Ngậm xỉ từ thuốc hàn chưa nóng chảy
• 1.2.3. Ngậm xỉ từ các ôxít
• 1.2.4. Ngậm xỉ từ Tungsten
• 1.2.5. Ngậm xỉ từ đồng
• 1.2.6. Ngậm xỉ từ các kim loại khác
• 1.2.7. Thiếu ngấu cạnh
• 1.2.8. Thiếu ngấu giữa các lớp
• 1.2.9. Thiếu ngấu chân
• 1.2.10. Không thấu hoàn toàn
• 1.2.11. Không thấu chân
• 1.2.12. Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Porosity)
• 1.2.12.1. Rỗ khí dạng lỗ sâu
• 1.2.12.2. Rỗ khí trên bề mặt mối hàn
• 1.2.12.3. Rỗ khí rãnh hồ quang
• 1.2.12.4. Nứt rãnh hồ quang hàn
• 1.2.12.5. Nứt theo bản chất
• 1.2.13. Khuyết tật mối hàn chưa hoàn thiện và sai lệch về hình dạng, kích thước
• 1.2.13.1. Kiểm tra phá hủy (Destructive Testing – DT)
• 1.2.13.2. Kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing – NDT)
• 1.2.13.3. Kiểm tra chụp ảnh bức xạ (Radiographic Testing – RT)
• 1.3. Cách thức giải đoán ảnh chụp bức xạ
• 1.4. Hạn chế của phương pháp chụp ảnh bức xạ
• 1.5. Thực trạng kiểm tra phát hiện khuyết tật hàn qua ảnh bức xạ
• 1.6. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.6.1. Các nghiên cứu trong nước
• 1.6.2. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.7. Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài
• 1.7.1. Ý kiến thảo luận
• 1.7.2. Đề xuất nhiệm vụ của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp kế thừa
• 2.2.2. Phương pháp thu thập thông tin
• 2.2.3. Phương pháp thiết kế
• 2.2.4. Phương pháp nghiên cứu phục vụ thực nghiệm
• 2.2.4.1. Vật liệu và trang thiết bị thực nghiệm
• 2.2.4.1.a. Vật liệu thực nghiệm
• 2.2.4.1.b. Trang thiết bị phục vụ thực nghiệm
• 2.2.5. Phương pháp kiểm tra đánh giá
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Giới thiệu giải thuật Neural Network
• 3.1.1. Cấu tạo của mạng nơ-ron nhân tạo
• 3.1.2. Hàm kích hoạt trong mạng neural nhân tạo
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Giải pháp tự động đánh giá khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ
• 4.2. Chế tạo thiết bị số hoá các phim chụp ảnh bức xạ
• 4.2.1. Yêu cầu của thiết bị
• 4.3. Thực hiện công việc xử lý sơ bộ ảnh
• 4.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu
• 4.5. Đề xuất giải thuật, xây dựng phần mềm thực hiện giải đoán
• 4.5.1. Giải thuật thực hiện giải đoán ảnh
• 4.5.2. Giải thuật Neural Network cho CSDL
• 4.5.3. Xây dựng phần mềm
• 4.5.4. Code Matlab sử dụng cho phần mềm nhận diện khuyết tật hàn
• 4.6. Đánh giá độ chính xác, độ tin cậy của kết quả đo
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về khuyết tật hàn

Khuyết tật hàn là những sai lệch về hình dạng, kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật. Những khuyết tật này có thể làm giảm độ bền và khả năng làm việc của mối hàn. Các loại khuyết tật hàn phổ biến bao gồm ngậm xỉ, thiếu ngấu, rỗ khí, và nứt. Việc phát hiện và đánh giá chính xác các khuyết tật này là rất quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo hàn, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu chất lượng cao như trong ngành dầu khí. Để phát hiện khuyết tật hàn, phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) như chụp ảnh bức xạ (RT) thường được sử dụng. Tuy nhiên, việc giải đoán hình ảnh bằng con người gặp nhiều khó khăn do yêu cầu về trình độ và kinh nghiệm của các phân tích viên.

1.1. Các loại khuyết tật hàn

Khuyết tật hàn được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau. Ngậm xỉ là hiện tượng các chất rắn bên ngoài bị kẹt trong kim loại mối hàn, trong khi thiếu ngấu xảy ra khi mối hàn không đủ độ thấu. Rỗ khí là hiện tượng xuất hiện các lỗ khí trong mối hàn, có thể gây giảm độ bền. Nứt là một loại khuyết tật nghiêm trọng, có thể dẫn đến hỏng hóc trong quá trình sử dụng. Việc phát hiện sớm các khuyết tật này giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa và nâng cao độ tin cậy của sản phẩm.

II. Giải pháp phát hiện tự động khuyết tật hàn

Giải pháp phát hiện tự động khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ sử dụng công nghệ xử lý ảnh hiện đại. Hệ thống này cho phép tự động hóa quá trình đánh giá khuyết tật, giảm thiểu sự phụ thuộc vào trình độ của các phân tích viên. Việc số hóa các phim chụp ảnh bức xạ và xây dựng cơ sở dữ liệu hình ảnh khuyết tật là những bước quan trọng trong quy trình này. Hệ thống sử dụng các thuật toán xử lý ảnh để phân tích và nhận diện các khuyết tật như rỗ khí, ngậm xỉ, và thiếu ngấu. Kết quả cho thấy, hệ thống có khả năng phát hiện khuyết tật với độ chính xác cao và thời gian xử lý nhanh chóng.

2.1. Công nghệ xử lý ảnh

Công nghệ xử lý ảnh đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện tự động khuyết tật hàn. Các thuật toán như K-means và Neural Networks được áp dụng để phân tích hình ảnh và nhận diện các khuyết tật. Hệ thống này không chỉ giúp tăng tốc độ xử lý mà còn đảm bảo tính khách quan trong đánh giá chất lượng. Việc áp dụng công nghệ này giúp giảm thiểu chi phí và thời gian, đồng thời nâng cao hiệu quả công việc trong ngành chế tạo hàn.

III. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp phát hiện tự động khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ có giá trị thực tiễn cao. Hệ thống này không chỉ giúp phát hiện nhanh chóng các khuyết tật mà còn giảm thiểu chi phí đào tạo cho các phân tích viên. Việc áp dụng công nghệ này trong ngành công nghiệp chế tạo hàn sẽ nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Hệ thống cũng có thể được mở rộng để áp dụng cho các lĩnh vực khác trong công nghiệp, nơi yêu cầu kiểm tra chất lượng cao.

3.1. Lợi ích kinh tế

Việc áp dụng giải pháp phát hiện tự động khuyết tật hàn không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất. Doanh nghiệp có thể giảm thiểu thời gian kiểm tra và tăng cường độ tin cậy của sản phẩm. Điều này không chỉ giúp tăng cường sức cạnh tranh mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp chế tạo hàn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp dầu khí, việc kiểm tra chất lượng mối hàn đóng vai trò then chốt nhằm đảm bảo an toàn và độ bền của các kết cấu như bồn áp lực, đường ống công nghệ và kết cấu thép. Theo ước tính, mỗi năm có hàng ngàn tấn sản phẩm hàn được chế tạo, đi kèm với đó là một lượng lớn phim chụp ảnh bức xạ cần được phân tích để phát hiện khuyết tật. Tuy nhiên, việc giải đoán phim chụp bức xạ hiện nay phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật viên có trình độ cao, đòi hỏi thời gian đào tạo lâu dài và chi phí lớn, đồng thời tốc độ xử lý còn chậm, ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất.

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu và đề xuất giải pháp cùng công cụ phát hiện tự động các khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ, nhằm thay thế con người trong công tác giải đoán hình ảnh. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phim chụp bức xạ kích thước tiêu chuẩn 10 x 20 cm, với các khuyết tật phổ biến như rỗ khí, ngậm xỉ, thiếu ngấu và cháy thủng. Nghiên cứu được thực hiện tại một số địa phương trong ngành chế tạo kết cấu hàn, trong khoảng thời gian từ năm 2016 đến 2017.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao năng suất, giảm chi phí và đảm bảo tính khách quan trong đánh giá chất lượng mối hàn. Hệ thống tự động phát hiện khuyết tật hàn không chỉ giúp rút ngắn thời gian xử lý phim mà còn góp phần tăng sức cạnh tranh cho các doanh nghiệp trong bối cảnh thị trường ngày càng khắt khe.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết xử lý ảnh kỹ thuật số và mô hình mạng nơ-ron nhân tạo (Neural Network). Xử lý ảnh kỹ thuật số cho phép chuyển đổi phim chụp bức xạ thành ảnh số, thực hiện các bước xử lý sơ bộ như lọc nhiễu, phân đoạn và trích xuất đặc trưng. Mạng nơ-ron nhân tạo được áp dụng để xây dựng giải thuật nhận dạng và phân loại các loại khuyết tật hàn dựa trên cơ sở dữ liệu ảnh số.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

• Khuyết tật hàn (weld defects): ngậm xỉ, thiếu ngấu, rỗ khí, nứt, cháy thủng.
• Phim chụp ảnh bức xạ (radiographic film): phương tiện ghi nhận hình ảnh mối hàn dưới dạng phim ảnh.
• Xử lý ảnh (image processing): kỹ thuật số hóa, lọc, phân đoạn và nhận dạng hình ảnh.
• Mạng nơ-ron nhân tạo (Artificial Neural Network): mô hình học máy dùng để phân loại và nhận dạng mẫu ảnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các phim chụp ảnh bức xạ mối hàn được thu thập từ công ty dịch vụ kiểm tra không phá hủy Alpha NDT. Cỡ mẫu nghiên cứu khoảng vài trăm phim ảnh với các loại khuyết tật phổ biến. Phương pháp chọn mẫu là chọn ngẫu nhiên các phim có kích thước tiêu chuẩn 10 x 20 cm, đảm bảo tính đại diện cho các nhóm khuyết tật.

Phương pháp phân tích gồm:

• Số hóa phim chụp ảnh bức xạ bằng thiết bị tự chế tạo, chuyển đổi phim sang ảnh số chất lượng cao.
• Xử lý sơ bộ ảnh bằng các kỹ thuật ngưỡng (Otsu, Niblack, Sauvola) và phân đoạn bằng thuật toán K-Means.
• Xây dựng cơ sở dữ liệu ảnh số phân loại theo nhóm khuyết tật.
• Phát triển giải thuật nhận dạng khuyết tật dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo, lập trình phần mềm bằng Matlab.
• Thử nghiệm và đánh giá độ chính xác, độ tin cậy của hệ thống trên tập dữ liệu kiểm thử.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, bao gồm các giai đoạn thu thập dữ liệu, thiết kế thiết bị số hóa, phát triển giải thuật, xây dựng phần mềm và thử nghiệm ứng dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết bị số hóa phim chụp ảnh bức xạ được chế tạo thành công, cho phép chuyển đổi phim sang ảnh số với tốc độ nhanh, chất lượng ảnh được cải thiện rõ rệt nhờ sử dụng camera DSLR và điều chỉnh ánh sáng trắng. Thời gian số hóa mỗi phim chỉ khoảng vài giây, tăng hiệu quả xử lý lên khoảng 70% so với phương pháp thủ công.

2. Cơ sở dữ liệu ảnh số được xây dựng với hơn 300 ảnh mẫu, phân loại theo các nhóm khuyết tật như rỗ khí, ngậm xỉ, thiếu ngấu và cháy thủng. Tỷ lệ ảnh thuộc nhóm rỗ khí chiếm khoảng 35%, ngậm xỉ 25%, thiếu ngấu 20%, cháy thủng 10%, còn lại là các khuyết tật khác.

3. Giải thuật nhận dạng khuyết tật sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo đạt độ chính xác trung bình trên 85% khi thử nghiệm trên tập dữ liệu kiểm thử. Trong đó, khuyết tật rỗ khí và ngậm xỉ được nhận dạng với độ chính xác lần lượt là 88% và 83%. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này cải thiện khoảng 10% về độ chính xác.

4. Phần mềm phát hiện tự động được phát triển trên nền Matlab có giao diện thân thiện, cho phép người dùng nhập ảnh số, thực hiện phân tích và xuất báo cáo kết quả nhanh chóng. Thời gian xử lý mỗi ảnh trung bình dưới 1 phút, giảm đáng kể so với thời gian giải đoán thủ công.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của hệ thống là do sự kết hợp hiệu quả giữa thiết bị số hóa chất lượng cao và giải thuật mạng nơ-ron nhân tạo được huấn luyện trên cơ sở dữ liệu phong phú. Việc sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh tiên tiến giúp loại bỏ nhiễu và tăng cường đặc trưng hình ảnh, từ đó nâng cao độ chính xác nhận dạng.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, hệ thống này có ưu điểm về tốc độ xử lý và khả năng tự động hóa cao, phù hợp với yêu cầu thực tế trong ngành chế tạo hàn. Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ chính xác nhận dạng các loại khuyết tật và bảng thống kê tỷ lệ phát hiện thành công từng nhóm khuyết tật.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc giảm chi phí và thời gian kiểm tra mà còn góp phần nâng cao tính khách quan, giảm sai sót do con người trong quá trình giải đoán phim chụp bức xạ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng hệ thống tự động phát hiện khuyết tật hàn tại các công ty chế tạo kết cấu hàn, nhằm tăng tốc độ xử lý phim chụp bức xạ và giảm phụ thuộc vào kỹ thuật viên có kinh nghiệm. Mục tiêu đạt 50% số lượng phim được xử lý tự động trong vòng 12 tháng.

2. Mở rộng cơ sở dữ liệu ảnh số bằng cách thu thập thêm các mẫu phim từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các loại khuyết tật ít phổ biến hơn, nhằm nâng cao độ chính xác và khả năng nhận dạng đa dạng. Thời gian thực hiện dự kiến 6 tháng, do phòng nghiên cứu và đối tác cung cấp dữ liệu đảm nhiệm.

3. Nâng cấp giải thuật nhận dạng bằng cách áp dụng các mô hình học sâu (deep learning) để cải thiện khả năng phân biệt các khuyết tật phức tạp và giảm tỷ lệ sai sót. Dự kiến nghiên cứu và thử nghiệm trong 9 tháng, phối hợp với các chuyên gia về trí tuệ nhân tạo.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho đội ngũ kỹ thuật viên tại các doanh nghiệp, giúp họ làm chủ công cụ và phần mềm phát hiện tự động, đồng thời nâng cao năng lực phân tích chất lượng mối hàn. Khóa đào tạo dự kiến tổ chức hàng quý, do trường đại học và các chuyên gia thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và kỹ thuật viên kiểm tra không phá hủy (NDT): Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về khuyết tật hàn và phương pháp phát hiện tự động, giúp họ nâng cao hiệu quả công việc và giảm sai sót trong giải đoán phim chụp bức xạ.

2. Doanh nghiệp chế tạo kết cấu hàn trong ngành dầu khí và công nghiệp nặng: Nghiên cứu mang lại giải pháp công nghệ giúp giảm chi phí kiểm tra, tăng năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm, từ đó nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ vật liệu: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng xử lý ảnh và mạng nơ-ron nhân tạo trong lĩnh vực kiểm tra chất lượng mối hàn, mở ra hướng nghiên cứu mới.

4. Các tổ chức đào tạo và trung tâm huấn luyện kỹ thuật viên NDT: Nội dung luận văn hỗ trợ xây dựng chương trình đào tạo hiện đại, tích hợp công nghệ tự động hóa, giúp rút ngắn thời gian đào tạo và nâng cao chất lượng nhân lực.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống tự động phát hiện khuyết tật hàn có thể thay thế hoàn toàn kỹ thuật viên không?
   Hệ thống giúp tăng tốc và nâng cao độ chính xác trong phát hiện khuyết tật, nhưng vẫn cần kỹ thuật viên giám sát và xử lý các trường hợp phức tạp. Ví dụ, trong thực tế, kỹ thuật viên vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc xác nhận kết quả và xử lý các khuyết tật đặc biệt.

2. Độ chính xác của giải thuật nhận dạng khuyết tật đạt bao nhiêu phần trăm?
   Theo kết quả nghiên cứu, độ chính xác trung bình đạt trên 85%, trong đó rỗ khí và ngậm xỉ được nhận dạng với độ chính xác lần lượt là 88% và 83%. Đây là mức độ phù hợp để ứng dụng trong thực tế.

3. Phần mềm phát hiện tự động có thể xử lý phim chụp bức xạ kích thước khác ngoài 10 x 20 cm không?
   Hiện tại, phần mềm và thiết bị số hóa được thiết kế cho phim kích thước tiêu chuẩn 10 x 20 cm. Tuy nhiên, có thể mở rộng và điều chỉnh thiết bị để xử lý các kích thước khác trong tương lai.

4. Thời gian xử lý một phim chụp bức xạ bằng hệ thống tự động là bao lâu?
   Thời gian xử lý trung bình dưới 1 phút cho mỗi phim, nhanh hơn khoảng 70% so với phương pháp giải đoán thủ công, giúp tăng năng suất kiểm tra đáng kể.

5. Hệ thống có thể phát hiện được những loại khuyết tật nào?
   Hệ thống đã được thử nghiệm và phát hiện thành công các khuyết tật cơ bản như rỗ khí, ngậm xỉ, thiếu ngấu và cháy thủng. Các loại khuyết tật phức tạp hơn sẽ được nghiên cứu và bổ sung trong các phiên bản tiếp theo.

Kết luận

• Đã đề xuất và xây dựng thành công giải pháp tự động phát hiện khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ, bao gồm thiết bị số hóa, cơ sở dữ liệu ảnh số và phần mềm nhận dạng.
• Hệ thống cho phép chuyển đổi phim sang ảnh số nhanh chóng, xử lý và nhận dạng các khuyết tật phổ biến với độ chính xác trên 85%.
• Giải pháp góp phần nâng cao năng suất, giảm chi phí và đảm bảo tính khách quan trong kiểm tra chất lượng mối hàn.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong kiểm tra không phá hủy, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng cơ sở dữ liệu, nâng cấp giải thuật nhận dạng và triển khai ứng dụng thực tế tại các doanh nghiệp.

Để nâng cao hiệu quả kiểm tra chất lượng mối hàn, các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu nên phối hợp triển khai ứng dụng hệ thống tự động này, đồng thời tiếp tục phát triển công nghệ nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong ngành dầu khí hiện nay, khối lượng chế tạo hàn để phục vụ thi công các cấu kiện, kết cấu cơ khí, các là rất lớn với năng suất hàng ngàn tấn sản phẩm mỗi năm. Đi kèm theo các sản phẩm kết cấu được chế tạo bằng phương pháp hàn này là công việc kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn trước khi quyết định cho sản phẩm xuất xưởng, đặc biệt là những công trình đòi hỏi chất lượng cao trong ngành dầu khí. Mục đích của kiểm tra chất lượng mối hàn là xác định khả năng đáp ứng các điều kiện làm việc của liên kết hàn, đảm bảo không có khuyết tật hàn hoặc đi đến quyết định phải tiến hành sửa chữa khắc phục sai sót hay loại bỏ. Nhờ sớm phát hiện được các khuyết tật hàn này và kịp thời khắc phục thay thế, nên ta có thể tiết kiệm được chi phí sửa chữa sau khi đưa vào vận hành, tránh được các thảm họa có thể xảy ra, nâng cao sức cạnh tranh của các doanh nghiệp chế tạo, sản xuất hàn.

Trong ngành sản xuất chế tạo hàn hiện nay, phương pháp chụp ảnh bức xạ (Radiographic Testing – RT) để phát hiện các khuyết tật nằm bên trong mối hàn được sử dụng khá rộng rãi. Đặc biệt đối với việc kiểm tra chất lượng hệ thống đường ống công nghệ, bồn áp lực, các kết cấu chịu lực chính mà không thể xác định được bằng các phương pháp cảm quan hoặc phá huỷ có ý nghĩa rất lớn. Tuy nhiên, việc triển khai công tác đánh giá chất lượng các liên kết hàn bằng phương pháp chụp ảnh bức xạ đang gặp phải một số khó khăn như: - Phân tích viên có trình độ, kinh nghiệm đòi hỏi phải đào tạo trong một thời gian dài, chi phí lớn. - Tốc độ xử lý đánh giá ảnh chậm, chi phí cao.

Do vậy, việc triển khai nghiên cứu phát triển các công cụ hỗ trợ nhằm làm tăng tốc độ xử lý, không đòi hỏi đội ngũ phân tích viên giàu kinh nghiệm, giúp giảm chi phí phân tích đánh giá luôn được quan tâm nghiên cứu. Tính cấp thiết của đề tài Vấn đề đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên có tay nghề, giàu kinh nghiệm để phân 1 Luan van tích, đánh giá chính xác chất lượng các mối hàn/liên kết hàn là một vấn đề luôn được quan tâm triển khai thực hiện. Tuy nhiên, công việc này không dễ dàng thực hiện được vì đòi hỏi chi phí lớn, thời gian đào tạo một kỹ thuật viên phân tích ảnh phóng xạ có thể làm việc tự chủ được cần kéo dài nhiều năm. Do vậy, khi triển khai một số dự án lớn, công việc kiểm tra đánh giá chất lượng liên kết hàn luôn bị động vì đòi hỏi phải xử lý một số lượng rất lớn các ảnh bức xạ và không có đủ kỹ thuật viên để triển khai công việc.

Để giải quyết các tồn tại trên, nâng cao tốc độ, giảm chi phí đánh giá các liên kết hàn qua phim chụp ảnh bức xạ đã trở thành nhu cầu bức thiết của các công ty chế tạo kết cấu hàn. Việc phát triển một công cụ tự động đánh giá chất lượng liên kết hàn qua việc phân tích, đánh giá tự động các khuyết tật hàn đã mang đến lời giải cho vấn đề đang đặt ra. Công cụ tự động này được kỳ vọng giúp đỡ và thay thế con người trong công tác giải đoán hình ảnh, nâng cao năng suất và đảm bảo tính khách quan trong công tác đánh giá chất lượng, giúp giảm chi phí và tăng sức cạnh tranh cho các doanh nghiệp nước ta trong một thị trường mà các công ty nước ngoài đang nắm quyền chủ động. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học - Đề xuất được giải pháp, cấu trúc của hệ thống, giải thuật phần mềm tự động phân tích, đánh giá phát hiện tự động khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ bằng phương pháp xử lý ảnh.2 Ý nghĩa thực tiễn - Thay thế con người trong công tác giải đoán hình ảnh.

- Đánh giá chính xác, nâng cao năng suất và đảm bảo tính khách quan trong công tác đánh giá chất lượng. - Giúp giảm chi phí và tăng sức cạnh tranh cho doanh nghiệp. Mục tiêu nghiên cứu đề tài 4.1 Mục tiêu chung Đề tài hướng đến việc xây dựng một hệ thống công cụ phát hiện khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ một cách tự động có năng suất cao và cho phép thay thế 2 Luan van con người trong công tác giải đoán hình ảnh.2 Mục tiêu cụ thể Để triển khai thực hiện mục tiêu chung trên, các mục tiêu cụ thể được xác lập như sau: - Đề xuất giải pháp tự động đánh giá khuyết tật mối hàn qua phim chụp ảnh bức xạ. - Số hoá các phim chụp ảnh bức xạ.

- Xây dựng cơ sở dữ liệu ảnh số theo các nhóm khuyết tật. - Xây dựng giải thuật xử lý ảnh và phát triển phần mềm. - Thử nghiệm ứng dụng phần mềm để thực hiện giải đoán hình ảnh từ phim chụp ảnh bức xạ tự động. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 5.1 Đối tượng nghiên cứu - Khuyết tật hàn.

- Phim chụp ảnh bức xạ mối hàn (Radiographic Film). - Các thiết bị phần cứng, phần mềm xử lý ảnh.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu tập trung giải quyết những vấn đề như sau: - Thiết bị số hoá các phim chụp ảnh bức xạ được thực hiện cho phim có kích thước tiêu chuẩn 10 x 20 cm. - Cơ sở dữ liệu hình ảnh khuyết tật mối hàn dựa trên các khuyết tật đã được biết, phát hiện bởi công ty dịch vụ Alpha NDT. - Phần công việc số hoá, xử lý sơ bộ ảnh được thực hiện bằng tay, công việc nhận diện khuyết tật và cho kết quả được thực hiện tự động bằng phần mềm.

Kết cấu luận văn Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, thuyết minh nghiên cứu của đề tài có kết cấu gồm các chương, mục với các nội dung cụ thể như sau: - Mở đầu 3 Luan van Giới thiệu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. - Chương 1: Tổng quan Đề cập đến các khuyết tật hàn, phương pháp kiểm tra và giải đoán ảnh, cùng các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan. Trên cơ sở đó, phân tích tổng hợp để đi đến định hướng nghiên cứu. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày các cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh để phát hiện khuyết tật.

- Chương 3: Phương pháp thực hiện Trình bày phương pháp số hoá hình ảnh, đề xuất giải pháp và công cụ phát hiện tự động khuyết tật hàn qua phim chụp ảnh bức xạ sử dụng trong đề tài. - Chương 4: Kết quả nghiên cứu Trình bày, đánh giá các kết quả nghiên cứu triển khai thực hiện đề tài. - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo. 4 Luan van CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Mối hàn Hàn là một phương pháp công nghệ nhằm liên kết một hay nhiều chi tiết lại với nhau dưới dạng mối ghép không tháo gỡ được, bằng cách sử dụng nguồn nhiệt nung nóng chi tiết đến trạng thái dẻo hoặc nóng chảy, khi kim loại nóng chảy đông đặc lại hoặc dưới tác dụng của một ngoại lực sẽ hình thành mối liên kết gọi là mối hàn.

Phân loại mối hàn phụ thuộc vào dạng mối ghép và mối hàn đó thuộc mối hàn ngấu hoàn toàn (Complete Joint Penetration - CJP) hay ngấu một phần (Partial Joint Penetration - PJP). Tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1 [15] chia các loại mối hàn thành các dạng sau: Bảng 1.1: Phân loại mối hàn Mối hàn Mối hàn góc Mối hàn Mối hàn Mối hàn Mối hàn phức giáp mối bẻ gờ nút điểm hợp (Compound) 5 Luan van Để làm rõ sự quan hệ giữa mối hàn và loại mối ghép ta có thể tham khảo bảng sau: Bảng 1.2: Mối quan hệ giữa mối hàn và mối ghép [15] Loại mối ghép Loại mối hàn (Weld types) (Joint types) Giáp mối Góc Nút Điểm Bẻ gờ (Butt) (Fillet) (Flug) (Spot) (Edge) Giáp mối (Butt) X X Chữ T (Tee) X X Góc ngoài (Corner) X X Chồng mí (Lap) X X X Bẻ gờ (Edge) X Trong các phương pháp hàn hồ quang làm kim loại đến trạng thái nóng chảy, hồ quang hàn sẽ làm nóng chảy kim loại cơ bản, kim loại điền đầy và thuốc bảo vệ vũng hàn. Vì vậy kim loại mối hàn, kim loại cơ bản sẽ trải qua hàng loạt các phản ứng hóa học gây trước khi mối hàn được hình thành. Các thay đổi này gây ra hàng loạt thay đổi tế vi và hình dáng của mối ghép hàn khi đông đặc, có những sự thay đổi là lợi cho nối ghép hàn nhưng cũng có những thay đổi làm giảm khả năng làm việc của mối hàn khi sử dụng.1: Khuyết tật trên bề mặt và trong mối hàn Các thay đổi không mong muốn làm giảm khả năng làm việc của mối hàn được gọi là khuyết tật hàn, các khuyết tật này có thể là sự thay đổi gây ra sự bất liên tục trong mối hàn như: ngậm xỉ, không ngấu, thiếu ngấu, rỗ khí, nứt, cháy chân,.

hoặc có thể là khuyết tật làm thay đổi hình dạng ngoại quang của mối ghép hàn như: mối 6 Luan van hàn bị lệch cạnh, sự không đồng phảng của mối ghép, chảy tràn, cháy thủng,. Những khuyết tật này có thể được nhìn thấy trực tiếp bằng mắt nhưng cũng có những khuyết tật không thể nhìn thấy trực tiếp bằng mắt.2 Khuyết tật hàn Khuyết tật hàn là những sai lệch về hình dạng, kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật, làm giảm độ bền và khả năng làm việc của nó. Khuyết tật hàn được phân loại và mô tả như sau đây: 1.1 Ngậm xỉ (Solid Inclusions) Ngậm xỉ là hiện tượng các chất rắn bên ngoài (không phải là kim loại mối hàn) bị kẹt trong kim loại mối hàn, đây là loại khuyết tật rất dễ xuất hiện trong mối hàn. Xỉ hàn có thể hình thành từ thuốc bọc que hàn, thuốc hàn, các oxit hoặc các hỗn hợp kim loại khác trong quá trình hàn, vì lí do nào đó chúng không thoát ra khỏi bễ hàn khi kim loại mối hàn đông đặc, chúng bị kẹt lại trong kim loại mối hàn, các xỉ hàn này có thể nằm bên trong mối hàn hình 1.2 hoặc nằm trên bề mặt mối hàn xem hình 1.2: Ngậm 1: Ngậm xỉ xỉ bênbên trong trong đường đường hàn hàn Hình 1.3: Ngậm xỉ bên trên đường hàn Mối hàn có thể bị ngậm xỉ thành một rãnh dài còn gọi là ngậm xỉ dạng đường hình 1.