Two-dimensional Defect Localization and Qua ntification in Steel-cord Conveyor Belts via C ross-cord Eddy Current Testing

कल्पना कीजिए कि आप एक जासूस हैं जो एक विशाल, चलती हुई स्टील की रस्सी के भीतर एक नन्हे, छिपे हुए दोष को खोजने की कोशिश कर रहे हैं। यह सिर्फ कोई साधारण रस्सी नहीं है; यह एक स्टील-कॉर्ड कन्वेयर बेल्ट है, जो एक खनन अभियान की रीढ़ है और हर दिन टन भारी सामग्री ले जाती है। यदि इसके अंदर के कुछ तार टूट जाते हैं, तो पूरा बेल्ट टूट सकता है, जिससे एक बड़ी दुर्घटना हो सकती है। इन छिपे हुए टूटे हुए तारों को खोजने के लिए, वैज्ञानिक एडी करंट टेस्टिंग (Eddy Current Testing) नामक तकनीक का उपयोग करते हैं। इसे स्टील पर एक विशेष चुंबकीय टॉर्च चमकाने जैसा समझें। जब यह प्रकाश धातु से टकराता है, तो यह अदृश्य घूमते हुए करंट (एडी करंट) बनाता है। यदि धातु एकदम सही है, तो ये घुमाव सुचारू होंगे। लेकिन यदि कोई तार टूटा हुआ है, तो ये घुमाव अस्त-व्यस्त हो जाते हैं, और टॉर्च का सिग्नल बदल जाता है। यह बदलाव जासूस को बताता है, "यहाँ कुछ गलत है!"

लंबे समय तक, ये जासूस केवल एक दिशा से रस्सी को देख सकते थे, जैसे कि एक किताब को एक-एक पंक्ति करके पढ़ना। वे यह तो बता सकते थे कि बेल्ट के पास से गुजरते समय कब कोई टूट हुआ पाया गया, लेकिन वे यह नहीं बता पाते थे कि बेल्ट की चौड़ाई में वह टूट कहाँ स्थित है। यह अंधेरे कमरे में एक आवाज सुनने जैसा था, लेकिन यह नहीं पता था कि वह आवाज बाईं ओर से आई, दाईं ओर से या बीच से। यह शोध पत्र, जिसे ताइयुआन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम द्वारा लिखा गया है, इस रहस्य को सुलझाने की कोशिश करता है। वे इस एक-आयामी "पंक्ति पढ़ने" को एक पूर्ण दो-आयामी मानचित्र में बदलना चाहते हैं, जिससे यह सटीक रूप से पता चल सके कि टूटे हुए तार कहाँ छिपे हैं, बेल्ट की लंबाई और चौड़ाई दोनों में।

दो-चरणीय जासूसी खेल

शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि इन छिपे हुए टूटे हुए तारों को खोजने के लिए उन्हें एक नई रणनीति की आवश्यकता है। केवल बेल्ट की लंबाई के साथ सीधे नीचे स्कैन करने (जिसे हम X-अक्सिस कहेंगे) के बजाय, उन्होंने बेल्ट की चौड़ाई के साथ एक दूसरा स्कैन (Y-अक्सिस) जोड़ने का निर्णय लिया। कल्पना कीजिए कि बेल्ट एक विशाल पिज्जा है। पुराना तरीका केवल सामने से पीछे की ओर क्रस्ट (किनारे) की जांच करना था। नया तरीका पिज्जा का एक टुकड़ा काटकर उसे बगल से देखने जैसा है ताकि यह देखा जा सके कि कौन सा पेपरोनी जला हुआ है।

सबसे पहले, रोबोट टूटे हुए हिस्से के सामान्य क्षेत्र को खोजने के लिए बेल्ट की लंबाई के साथ चलता है। जैसे ही वह एक "ट्रफ" (सिग्नल में एक गिरावट जो कहती है, "हे, यहाँ एक समस्या है!") को पहचान लेता है, वह रुक जाता है। फिर, आगे बढ़ने के बजाय, वह बेल्ट की चौड़ाई में अगल-बगल चलता है। यह "क्रॉस-कॉर्ड" स्कैन है। बगल में चलते हुए, प्रोब देख सकता है कि टूटे हुए तार कैसे व्यवस्थित हैं। यदि एक तार टूटा है, तो सिग्नल एक बार गिरता है। यदि दो तार एक-दूसरे के पास टूटे हैं, तो सिग्नल दो बार गिरता है या एक गहरा, चौड़ा गड्ढा बनाता है।

"घोस्ट" (भूतिया) समस्या और जादुई इरेज़र

हालाँकि, एक पेचीदा समस्या थी। बेल्ट के स्टील कॉर्ड आपस में चिपके हुए नहीं होते; उनके बीच छोटे अंतराल (गैप्स) होते हैं। जैसे ही प्रोब बगल में चलता है, ये अंतराल अपने स्वयं के छोटे-छोटे उतार-चढ़ाव पैदा करते हैं, जो टूटे हुए तारों की तरह ही दिखते हैं। यह एक ऐसे कमरे में फुसफुसाहट सुनने जैसा है जहाँ हवा लगातार पर्दों को खड़खड़ा रही है। खड़खड़ाहट (अंतराल) फुसफुसाहट (टूटा हुआ तार) जैसी ही सुनाई देती है, जिससे यह पहचानना कठिन हो जाता है कि क्या वास्तविक है और क्या केवल बैकग्राउंड शोर है।

इसे ठीक करने के लिए, टीम ने रेफरेंस डिफरेंशिएशन (Reference Differentiation) नामक एक चतुर तकनीक का उपयोग किया। कल्पना कीजिए कि आपके पास बेल्ट की एक रिकॉर्डिंग है जब वह पूरी तरह से स्वस्थ थी, जिसमें कोई टूटा हुआ तार नहीं था। आप वास्तविक बेल्ट को स्कैन करते समय अपने दिमाग में उस "स्वस्थ" रिकॉर्डिंग को चलाते हैं। जब आप वास्तविक रिकॉर्डिंग में से स्वस्थ रिकॉर्डिंग को घटाते हैं, तो अंतरालों का "खड़खड़ाहट" रद्द हो जाता है क्योंकि वह दोनों में समान है। लेकिन टूटे हुए तार की "फुसफुसाहट" रद्द नहीं होती क्योंकि वह स्वस्थ रिकॉर्डिंग में मौजूद नहीं थी। अचानक, टूटा हुआ तार एक शांत पृष्ठभूमि के विरुद्ध स्पष्ट रूप से उभर कर आता है।

गॉसियन मैजिक ट्रिक (Gaussian Magic Trick)

एक बार जब शोर हट जाता है, तो शोधकर्ताओं के पास अभी भी एक छोटी समस्या होती है। उनका रोबोट बहुत छोटे कदमों में चलता है, जैसे कोई व्यक्ति स्केल लेकर चल रहा हो। यदि कोई टूटा हुआ तार दो कदमों के ठीक बीच में है, तो रोबोट सटीक केंद्र को मिस कर सकता है। इसे हल करने के लिए, उन्होंने गॉसियन फिटिंग (Gaussian Fitting) नामक एक गणितीय उपकरण का उपयोग किया।

टूटे हुए तार के कारण सिग्नल की गिरावट को एक चिकने, घंटी के आकार के पहाड़ (bell-shaped hill) के रूप में सोचें। भले ही रोबोट केवल कुछ नमूने (samples) लेता है, गणित उन बिंदुओं के माध्यम से एक सटीक वक्र (curve) बना सकता है। यह रोबोट को शिखर पर न पहुँचने के बावजूद अविश्वसनीय सटीकता के साथ पहाड़ के सटीक केंद्र का अनुमान लगाने की अनुमति देता है। यह रेत में कुछ पदचिह्नों को देखकर यह बताने जैसा है कि व्यक्ति का पैर बिल्कुल कहाँ केंद्रित था, भले ही आपने पूरा पैर न देखा हो।

उन्होंने क्या पाया

टीम ने कंप्यूटर सिमुलेशन और स्टील-कॉर्ड बेल्ट पर वास्तविक प्रयोगों का उपयोग करके अपने विचार का परीक्षण किया। उन्होंने कृत्रिम टूटे हुए तारों को बनाया ताकि यह देखा जा सके कि क्या उनकी विधि उन्हें खोज सकती है।

• प्रोब का चुनाव: उन्होंने दो प्रकार के सेंसरों का परीक्षण किया। एक "डिफरेंशियल" प्रोब था (जो दो पक्षों की तुलना करता है) और दूसरा "एब्सोल्यूट" प्रोब (जो केवल कुल सिग्नल को मापता है)। उन्होंने पाया कि एब्सोल्यूट रेक्टेंगुलर डुअल-कॉइल प्रोब (absolute rectangular dual-coil probe) अंतरालों और वातावरण से होने वाले शोर को अनदेखा करने में बहुत बेहतर था। यह अधिक विश्वसनीय जासूस था।
• परिणाम: जब उन्होंने 1.5 मिमी के स्टेप साइज के साथ बेल्ट को स्कैन किया, तो उनकी नई विधि अविश्वसनीय रूप से सटीक थी। उन्होंने पाया कि टूटे हुए तार के स्थान को खोजने में औसत त्रुटि केवल 0.0988 मिमी थी। इसे समझने के लिए, यह एक मानव बाल की चौड़ाई से भी कम है!
• ब्रेक की गिनती: इस विधि ने न केवल स्थान पाया, बल्कि टूटे हुए तारों की गिनती भी पूरी तरह से की। यदि एक ब्रेक था, तो इसने एक गिरावट देखी। यदि दो थे, तो इसने दो देखीं। दोषों को गिनने की सफलता दर 100% थी।
• गणित: "गॉसियन फिटिंग" वाला हिस्सा वह गुप्त मंत्र था जिसने उन्हें इतनी सूक्ष्म त्रुटि मार्जिन प्राप्त करने में मदद की। इसके बिना, वे रोबोट के बड़े स्टेप साइज के साथ फंसे रह जाते।

यह क्यों महत्वपूर्ण है

यह शोध पत्र यह दर्शाता है कि हम केवल यह जानने से आगे बढ़ सकते हैं कि बेल्ट टूटा हुआ है, बल्कि यह भी जान सकते हैं कि वह वास्तव में कहाँ टूटा है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि एक तरफा स्कैन के साथ स्मार्ट गणित को जोड़कर, वे उच्च सटीकता के साथ कन्वेयर बेल्ट के स्वास्थ्य का मानचित्रण कर सकते हैं।

हालाँकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ये परिणाम नियंत्रित प्रयोगों और सिमुलेशन से आए हैं। टीम ने एक समय में दो टूटे हुए तारों तक के परिदृश्यों का परीक्षण किया। हालाँकि यह विधि बहुत आशाजनक दिखती है, शोध पत्र सुझाव देता है कि भविष्य के कार्यों के लिए इसे कई अधिक टूटे हुए तारों वाले बेल्ट और एक व्यस्त खदान की वास्तविक, अव्यवस्थित स्थितियों में परीक्षण करने की आवश्यकता होगी। लेकिन फिलहाल, यह नई "क्रॉस-कॉर्ड" स्कैनिंग तकनीक हमारे भारी-भरकम कन्वेयर बेल्ट को सुरक्षित और चालू रखने का एक शक्तिशाली नया तरीका प्रदान करती है।