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 Globalnych Hierarchicznych (połączenie G+L) (duża czułość/małe pole pomiarowe) (mała czułość/duże pole pomiarowe) 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 Metoda Urządzenie Przygo- towanie obiektu Wielkoś ć mierzon a Pole pomiarow e Czułość Monitoro- wanie Analiza Metoda korelacyjna Jedna kamera dwie kamery +/- (u,v) (u,v,w) Od X m2 Do X mm2 0.5 -1 mm 0.X μm dyskretne Pomiar intensyw ności Metoda prążków mory Kamera + raster + (u,v) Do X cm2 0.2 – 1 mm XX μm ciągłe lub dyskretne Pomiary fazowe AAOP Metoda projekcji prążków Projektor + kamera - kształt (w) 0.35 mm Oferujemy czujniki z pełną ścieżką przetwarzania wyników

Metoda i czujniki cyfrowej korelacji obrazów u,v u,v,w u 2D CCD 3D CCD1 CCD2 Obiekt z powierzchnią często pokrywaną farbą o przypadkowym pigmencie + ew. wspomaganie znacznikami 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 (1 kierunek analizy) CCD

Metoda i czujnik mory geometrycznej Przykładowe wyniki pomiarów: Obraz rejestrowany przez kamerę ex(x,y) u(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: 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 Metoda Urządzenie Przygo- towanie obiektu Wielkość mierzona Pole pomiarowe Czułość Monitoro- wanie Interferometria siatkowa Ekstensometr + (u,v) Od X mm2 do XXmm2 0.5m- XX nm dyskretne Sieć czujników IS (1 x 1) mm2 0.5m- XX nm dyskretne lub ciągłe Holografia cyfrowa Kamera holograficzna - (w) h(x,y) (10x10) mm2 XXnm XX µm Dyskretne lub ciągłe Interferometria plamkowa (ESPI) Kamera ESPI +/- w(x,y) Od X mm2 do XXcm2 0.X - X µm 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 SG Konfiguracja nieczuła na drgania Czułość d/2: typowo 0,5mm/prążek Po AAOP 20nm

Interferometria siatkowa: badania lab. U(x,y) Mechanika pękania, zmeczenie materiału badania mat. kompozytowych V(x,y)

Ekstensometry i niskokosztowe czujniki IS 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 SIATKA ODNIESIENIA OBIEKT + SIATKA PRZEDMIOTOWA Głowica pomiarowa Laser Detektor CCD Interferometr po zdjęciu obudowy 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 mm, 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 Parametry 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 PORT Jednostka nadrzędna SERWER Jednostka podrzędna KLIENT TEKSTOWA 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 Dr R. Sitnik Mgr. D. Łukaszewski Mgr G. Dymny Dyplomanci i studenci ZIF Dr M. Józwik Dr M. Lesniewski Współpraca (spoza konsorcjum) z WAT, ITB,…. http:zif.mchtr.pw.edu.pl

Dziękuje za uwagę!