Transcript Prezentacja (Mechatronika)

Systemy monitorowania i pomiarów
konstrukcji realizujące wybrane niekoherentne
i koherentne metody optyczne
Zadania 22-29
Małgorzata Kujawińska
Instytut Mikromechaniki i Fotoniki
Wydział Mechatroniki PW
Plan Prezentacji
•
•
•
•
Cel działań w projekcie MONIT
Zalety polowych, optycznych metod pomiarowych
Systemy zgłoszone w projekcie
Oferta czujników:
– Czujniki realizujące metody niekoherentne
– Czujniki realizujące metody koherentne
• Komunikacja czujników z bazą danych
• Problemy do rozwiązania
Cel działań w projekcie MONIT
• Wybór koherentnych i niekoherentnych metod
pomiarowych w zależności od potrzeb partnerów
• Opracowanie/modyfikacja czujników dla potrzeb
pomiarowych projektu
• Integracja czujników realizowanych w projekcie z
bazą danych
Zalety polowych, optycznych metod
pomiarowych (POMP)
• Przydatność w badaniach dużych i małych obiektów
inżynierskich
• Bezstykowy i jednoczesny pomiar w całym polu
widzenia – przemieszczenia (u,v,w) lub/i
odkształcenia oraz kształt, defektoskopia i pomiar
drgań
• Duży zakres czułości, zakresów i pól pomiarowych
• Informacja obrazowa umożliwia operatorowi szybką
analizę wizualną
Zalety POMP
 Możliwość pomiarów:
• Lokalnych
(duża czułość/małe pole pomiarowe)
• Globalnych
(mała czułość/duże pole pomiarowe)
• Hierarchicznych (połączenie G+L)
 Możliwość konfiguracji do zadania
pomiarowego dostosowanego do
elementu/struktury inżynierskiej
Systemy zgłoszone w projekcie
• Systemy monitorowania i pomiaru realizujące
wybrane niekoherentne metody optyczne
– korelacja obrazu, metoda projekcji prążków
metoda prążków mory, termowizja (wspomaganie)
• Systemy monitorowania i pomiaru realizujące
wybrane koherentne metody optyczne
– Interferometria siatkowa, cyfrowa interferometria
plamkowa, holografia cyfrowa, optyczna
tomografia koherencyjna
Oferta czujników – czujniki realizujące
metody niekoherentne
Urządzenie
Przygotowanie
obiektu
Wielkoś
ć
mierzon
a
Pole
pomiarow
e
Czułość
Monitorowanie
Analiza
Jedna kamera
dwie kamery
+/-
(u,v)
(u,v,w)
Od X m2
0.5 -1 mm
dyskretne
Do X mm2
0.X μm
Pomiar
intensyw
ności
Od X m2
0.2 – 1 mm
Pomiary
fazowe
Do X cm2
XX μm
ciągłe lub
dyskretne
Od X m2
0.35 mm
Do X mm2
0.X μm
Metoda
Metoda
korelacyjna
Metoda prążków
mory
Metoda projekcji
prążków
Kamera + raster
Projektor +
kamera
+
-
(u,v)
kształt
(w)
dyskretne
AAOP
• Oferujemy czujniki z pełną ścieżką przetwarzania wyników
Metoda i czujniki cyfrowej
korelacji obrazów
u,v
u,v,w
u
2D
CCD
Obiekt z powierzchnią
często pokrywaną farbą o
przypadkowym pigmencie
+ ew. wspomaganie
znacznikami
CCD1
3D
CCD2
v
Metoda mory geometrycznej
Nałożenie na siebie dwóch
struktur periodycznych:
siatki odniesienia
(matryca kamery/siatka wirtualna)
oraz siatki przedmiotowej
u,
v
obszar
monitorowany
po obciążeniu
2D
CCD
(1 kierunek analizy)
Metoda i czujnik mory
geometrycznej
•Przykładowe wyniki pomiarów:
Obraz rejestrowany
przez kamerę
u(x,y)
ex(x,y)
Możliwość pomiarów w czasie obciążenia lub przemieszczeń po pewnym
okresie eksploatacji
Prostota systemu
Metoda i system projekcji prążków
• Pomiary 2.5D
• Pomiary 3D
• Pomiary zmian kształtu
Kompatybilność wyników z CAD/CAM/CAE
Parametry skanerów
3DMADMAC:
1) Duża objętość
- 1m x 1m x 0,5m
- dokładność: 0,1mm
- 1 punkt/mm2
2) Średnia objętość
- 30cm x 20cm x 10cm
- dokładność: 0,03mm
- 100 punktów/mm2
3) Mała objętość
- 10cm x 7cm x 5cm
- dokładność: 0,01mm
- 400 punktów/mm2
Pełna dokumentacja
3D obiektu
wysolenia
Wspomaganie termowizyjne
•Hybrydowa analiza obiektów – (u,v,w)+T+MES
Wielkogabarytowe konstrukcje inżynierskie
Diagnostyka elementów maszyn
Oferta czujników – czujniki realizujące
metody koherentne
Urządzenie
Przygotowanie
obiektu
Wielkość
mierzona
Pole
pomiarowe
Czułość
Monitorowanie
Ekstensometr
+
(u,v)
Od X mm2
do XXmm2
0.5mXX nm
dyskretne
Sieć czujników
+
(u,v)
(1 x 1)
mm2
0.5mXX nm
dyskretne
lub ciągłe
Metoda
Interferometria
siatkowa
IS
Holografia
cyfrowa
Kamera
holograficzna
-
(w)
h(x,y)
(10x10)
mm2
XXnm
XX µm
Dyskretne
lub ciągłe
Interferometria
plamkowa
(ESPI)
Kamera ESPI
+/-
(u,v)
w(x,y)
Od X mm2
do XXcm2
0.X - X µm
Dyskretne
lub ciągłe
Tomografia
koherencyjna
System OCT
Spec.
Wymag
-h(x,y)
Strukt.
wew,.
od X mm2
mm do 0.X
mm2
0.x µm –
XX nm
Dyskretne
Interferometria siatkowa: zasada
Pomiary przemieszczeń
w płaszczyźnie
CG
M
M
SG
4


I ( x, y)  21  cos u ( x, y)
d


Czułość d/2: typowo 0,5m/prążek
Po AAOP
20nm
Konfiguracja nieczuła
na drgania
Interferometria siatkowa: badania lab.
U(x,y)
Mechanika pękania, zmeczenie materiału
badania mat. kompozytowych
V(x,y)
Ekstensometry i niskokosztowe czujniki IS
SIATKA ODNIESIENIA
OBIEKT + SIATKA PRZEDMIOTOWA
Głowica pomiarowa
Interferometr
po zdjęciu
obudowy
Detektor
CCD
Dane techniczne:
pole pomiarowe: 1.4 mm x 1.4 mm
rozdzielczość: 800 x 600 pikseli
czułość: 417 nm/prążek
zakres przemieszczeń: do 85 μm
dokładność: 20 nm
Laser
W przyszłosci
Sieć czujników
????
Ekstensometr siatkowy: wyniki pomiarów
Badania spawu tarciowego
v(x,y)
e (x,y)
Lokalne badania materiałowe
U
v
ex
ey
gxy
Cyfrowe kamery holograficzne
Parametry głowicy:
• wymiary: f50 mm, długość 100 mm
• pole pomiarowe - 10mm x10 mm
• obiekt w odległości do 15 cm
• detektor: Dx=8.6 m, 768x574 pikseli
Pomiary:
• przemieszczenia pozapłaszczyznowe
• kształt
Brak konieczności przygotowania
powierzchnii
Cyfrowa interferometria holograficzna
Monitorowanie
Pomiary
zmian kształtu
elementu pod
obciążeniem
Wyznaczanie częstotlowości
rezonansowych i
Rozkładu amplitudy
Drgań na obiekcie
W (x,y)
Metoda i systemy cyfrowej
interferometrii plamkowej (DESPI)
Układy do pomiarów
przemieszczeń:
w płaszczyźnie
i
poza
Płaszczyznowych
i drgań
System handlowy
F-my Ettemayer
Optyczna tomografia koherencyjna
(OCT) w zastosowaniach inzynierskich
• Nowość: możliwość badania wewnetrznej struktury (defektów)
materiałów (system firmy Heliotis AG):
Badania mikrokształtów 3D (WLI)
i struktury wewnetrznej (defektow)
materiału/elementu
Propozycja: opracowanie
przenośnego
defektoskopu OCT
Zdalne pomiary: komunikacja
czujników z bazą danych
Komputer centralny
przechowujący harmonogram
pomiarów, listę czujników i
przesyłający pomiary do
bazy danych
Zcentralizowana baza
danych archiwizująca
pomiary przesyłane przez
zestaw KC
Aplikacje pobierające pomiary
z bazy danych do wizualizacji/
dalszej obróbki
Czujniki przeprowadzające
pomiar na żądanie KC
Komunikacja czujników z bazą danych –
przesył informacji
TCP/IP
BINARNA
SERWER
PORT
Jednostka
nadrzędna
Jednostka
podrzędna
TEKSTOWA
KLIENT
Komunikacja między dwoma członami systemu wymaga zachowania jednej strony jako
obiektu nadrzędnego, nasłuchującego na konkretnym porcie TCP/IP (SERWER), a drugiej
jako obiektu podrzędnego, inicjującego połączenie.
To samo połączenie służy do asynchronicznego przesyłania danych tekstowych
(metadanych – data i czas pomiaru, typ czujnika, itp.) oraz binarnych (właściwe dane
pomiarowe) za pomocą dwóch oddzielnych kanałów.
Dany obiekt w systemie może pełnić funkcję podrzędną, nadrzędną, lub obie (jak
komputer centralny).
Problemy do rozwiązania
UZGODNIENIE PARAMETRÓW CZUJNIKÓW
• Opracowanie nowych czujników bazujących na metodzie OCT, ESPI i
niskonakładowych czujników IS
• Możliwość pracy pozalaboratoryjnej dla wszystkich typów czujników
• Wpływ wibracji, pracy w biegu….(np. modyfikacja ich do impulsowych
żródeł światła)
• Wpływ niestabilnych warunków atmosferycznych
• Zabezpieczenie i prosta (zdalna) obsługa
• Możliwość monitorowania ciągłego i dyskretnego
• Opracowanie metod kalibracji systemów na obiekcie
• Rozbudowa/dopasowanie bazy danych do potrzeb partnerów
Zespół realizujący:
Prof. M. Kujawińska
Dr hab. L. Sałbut
Mgr. D. Łukaszewski
Dyplomanci i studenci ZIF
Dr R. Sitnik
Mgr G. Dymny
Dr M. Józwik
Dr M. Lesniewski
Współpraca (spoza konsorcjum) z WAT, ITB,….
http:zif.mchtr.pw.edu.pl
Dziękuje za uwagę!