RU2712758C1 - Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения - Google Patents

Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения Download PDF

Info

Publication number
RU2712758C1
RU2712758C1 RU2019117853A RU2019117853A RU2712758C1 RU 2712758 C1 RU2712758 C1 RU 2712758C1 RU 2019117853 A RU2019117853 A RU 2019117853A RU 2019117853 A RU2019117853 A RU 2019117853A RU 2712758 C1 RU2712758 C1 RU 2712758C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stresses
deformations
cracks
vision
brittle
Prior art date
Application number
RU2019117853A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Николаевич Пермяков
Денис Валерьевич Гордеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ)
Priority to RU2019117853A priority Critical patent/RU2712758C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2712758C1 publication Critical patent/RU2712758C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
    • G06T7/149—Segmentation; Edge detection involving deformable models, e.g. active contour models

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области использования систем технического зрения для исследования деформаций и напряжений методом хрупких тензочувствительных покрытий с помощью системы технического зрения. Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения состоит из программной части и аппаратной части, представленной ПК и смарт-камерой, которая устанавливается над поверхностью исследуемого объекта, на который нанесен слой хрупкого тензочувствительного покрытия, программная часть представлена виртуальным прибором, который состоит из шести блоков, четыре из которых отвечают за цифровую обработку захватываемого изображения, а два оставшихся за построения изоэнтат и вычисление напряжений, соответствующих построенным изоэнтатам. При этом система технического зрения соединяет концы трещин между собой методом поиска парных границ, осуществляя фиксацию картины трещин, а также производит обработку полученных данных и выводит результат на экран монитора ПК, вычисляя напряжение для каждой изоэнтаты. 5 ил.

Description

Изобретение относится к области использования систем технического зрения для исследования деформаций и напряжений, и может быть использовано для диагностики нефтегазохимического оборудования.
Известен способ для исследования деформаций и напряжений в элементах металлических конструкций с помощью нанесения хрупких покрытий, включающий в себя нанесение тонкого слоя покрытия на исследуемую поверхность /Методические рекомендации. Метод хрупких покрытий для определения деформаций и напряжений в элементах магистральных трубопроводов. - М., 2005. - С.34, 41-43/. Выбор покрытия и методика нанесения зависят от состояния исследуемой конструкции и условий ее испытания. Наносят тонкий слой покрытия, применительно к требуемым характеристикам тензопокрытия, выбирают режим нагружения. В хрупком покрытии появляются картины трещин, которые фиксируются на чертеже, и отмечается нагрузка, при которой эти трещины возникли. В зонах трещинообразования хрупкого покрытия производят локализацию мест, в которых с применением характеристик тензочувствительности может быть произведена оценка значений главных напряжений и деформаций. Анализируя образующиеся в хрупком покрытии картины трещин, можно оценить нагруженность различных зон исследуемой конструкции, установить направления действия главных напряжений и определить уровень этих напряжений.
Недостатком известного способа является то, что для хорошей видимости трещин необходима фотосъемка, определенное освещение. Сама методика обработки данных очень трудоемка. Использование возможностей хрупких тензочувствительных покрытий ограничено необходимостью наличия покрытия, имеющего соответствующие свойства.
Известен способ исследования деформаций и напряжений с помощью газоанализатора, заключающийся в том, что на поверхность детали наносят хрупкое тензочувствительное пористое покрытие с фреоном, осуществляют отверждение покрытия, нагружение конструкции и определяют зону высвобождения газа фреона из пористого покрытия (лопаются пузырьки), используя газоанализатор /RU2609185C1, МПК G01B 7/16, опубл. 30.01.2017/. В качестве хрупкого тензочувствительного пористого покрытия используют покрытие, выполненное из смеси, содержащей эпоксидную смолу, отвердитель ПЭП, газ фреон R-22 при следующем соотношении компонентов, мас. %: эпоксидная смола 65-84, отвердитель ПЭП 14-33, газ фреон R-22 2-10.
Недостатком известного способа является то, что требуется значительное количество времени на обработку полученной информации от газоанализатора.
Известен комбинированный способ исследования деформаций и напряжений, заключающийся в нанесение на поверхность детали хрупкого пористого тензочувствительного покрытия с газом фреоном, отверждение покрытия, нагружение детали и определение по образующимся трещинам зоны и направления пластических деформаций, установку модуля с датчиками преобразователей акустической эмиссии /RU2611597C1, МПК C09D 161/00, опубл. 28.02.2017/.
Недостатком известного способа является сложность выделения полезного АЭ-сигнала.
Известен способ для исследования деформаций и напряжений, заключающийся в том, что наносят на поверхность детали хрупкое тензочувствительное покрытие, осуществляют отверждение покрытия, нагружение детали и определяют по образующимся трещинам зону и направление пластических деформаций, используя датчики акустической эмиссии /RU2492463C1, МПК G01N 29/14, опубл. 10.09.2013/. В качестве хрупкого тензочувствительного покрытия используют покрытие на основе карамели, выполненное из смеси, содержащей воду и сахар, при следующем соотношении компонентов, мас. %: вода 65-75, сахар 25-35.
Недостатком известного способа является сложность приготовления смеси.
Известен способ исследования деформаций и напряжений в хрупких тензоиндикаторах, включающий в себя проведение акустико-эмиссионных измерений сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии /RU2505780, МПК G01B 5/30, опубл. 27.01.2014/. При этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки.
Недостатком известного способа является то, что при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия
Известен способ для исследования деформаций и напряжений, заключающийся в том, что на исследуемую поверхность детали наносят хрупкое тензочувстительное покрытие. Дополнительно осуществляют установку модуля с датчиками преобразователей акустической эмиссии. В качестве хрупкого покрытия используют покрытие на основе искусственных смол, содержащее резорциноформальдегидную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85. В качестве отвердителя жидкого карбамидоформальдегидного концентрата - водный раствор формалина, этиленгликоля и карбоксиметилцеллюлозы и гексаметилентетрамин /RU2345324C1, МПК G01B 17/04, опубл. 27.01.2009/.
Недостатком известного способа является опасность карбамидоформальдегидного концентрата.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является разработка системы технического зрения для определения напряжений и деформаций с помощью хрупких покрытий. Изобретение позволит оценить напряженно-деформированное состояние исследуемого объекта, регистрировать трещины малозаметные человеческим глазом и контролировать их рост.
При осуществлении технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении оперативности регистрации трещин и обработки данных при помощи цифровой обработки изображений. Оценка напряженно-деформированного состояния объектов будет проводиться быстрее.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система технического зрения, характеризующаяся тем, что состоит из программной и аппаратной части, представленной ПК и смарт-камерой, которая устанавливается над поверхностью исследуемого объекта, на который нанесен слой хрупкого тензочувствительного покрытия, программная часть представлена виртуальным прибором (ВП), который состоит из шести блоков, четыре из которых отвечают за цифровую обработку захватываемого изображения, а два оставшихся за построения изоэнтат и вычисление напряжений, соответствующих построенным изоэнтатам.
Система технического зрения соединяет концы трещин между собой методом поиска парных границ.
Система технического зрения производит обработку полученных данных и выводит результат на экран монитора ПК.
Исследование деформаций и напряжений методом хрупких тензочувствительных покрытий с помощью системы технического зрения обеспечивает:
- регистрацию трещин;
- контроль роста трещины;
- выявление опасных состояний объекта;
- проведение дистанционного мониторинга.
Заявляемый способ был опробован на металлических и деревянных образцах (металлический образец: длина - 180 мм, ширина - 20 мм, толщина - 2 мм; деревянный образец: длина - 160 мм, ширина - 25 мм, толщина - 3 мм). В качестве хрупкого покрытия на образцы наносился порошок канифоли. Использовалась среда графического программирования и разработки виртуальных приборов Labview, модуль технического зрения Vision Development module и набор драйверов Vision Acquisition Software.
На фиг.1 изображена структура системы технического зрения, которая состоит из: аппаратной части (смарт-камера 3, ПК 4, Ethernet интерфейс 5) и программной части (блок медианной фильтрации 8, блок бинаризации 9, блок морфологических операций 10, блок наложение картины трещин на исходное изображение 11, блок построения изоэнтат 12, блок вычисления напряжений). На фиг.2 и фиг.3 представлена программная часть системы технического зрения лицевой панелью ВП и блок-диаграммой соответственно.
Способ осуществляется следующим образом.
На поверхность объекта 2 наносят тонкий слой хрупкого тензочувствительного покрытия 1. Используют покрытие на канифольной основе. Устанавливают смарт-камеру 3, над поверхностью исследуемого объекта для захвата изображения. Захваченное изображение поступает на вход ПК 4 посредством Ethernet интерфейса 5. При нагружении исследуемого объекта захватывается изображение первых трещин 6. С помощью разработанного ВП 7 текущее изображение подвергается цифровой обработке. Рассмотрим блоки:
Первый блок 8 - буферизация исходного изображения. Созданная копия будет подвергаться обработке, в то время как исходное изображение останется неизменным.
Преобразование копии исходного изображения в полутоновое и медианная фильтрация. Задача медианной фильтрации подавления шумов на изображении.
Второй блок 9 - бинаризация полутонового изображения для обнаружения трещин. Выбирается некоторое пороговое значение яркости, которое разделяется на область фона и область объекта (трещины). Допустим, в произвольной точке значение яркости превышает пороговое, то точка принадлежит объекту, в ином случае - фону. Бинарное изображение содержит две градации яркости (0 и 1).
Третий блок 10 - морфологические операции на бинарном изображении. Морфологические операции способствую устранению лишних связанных областей объекта.
После морфологической обработки используется фильтр частиц, который позволяет отсеивать частицы, не соответствующие заданному критерию (периметр).
Четвертый блок 11 - наложение связанных областей (трещины) на исходное изображение. Для этого бинарное изображение сначала умножают на числовой коэффициент 255. При этом изображение принимает диапазон полутонового, а затем его складывают с изображением, сохраненным в буфере.
Результирующее изображение (фиг.4) выводится на лицевой панели ВП с указанием количества трещин.
После обработки и фильтрации изображения рассчитываются значения напряжений соответствующих каждому уровню нагрузки. Данная процедура состоит из 2 блоков:
Первый блок 12 - построение изоэнтат. Вначале к полученной картине трещин применяется функция анализа частиц, позволяющая вычислить координаты нижних и верхних границ каждой трещины, как в пикселях, так и в метрических единицах. По полученным координатам строятся несколько линий, в результате получается изоэнтата соответствующая текущему уровню нагрузки. При изменении нагрузки изоэнтата сохраняется. При нажатии кнопки «получить общую картину изоэнтат», все построенные изоэнтаты накладываются на одном изображении.
Второй блок 13 - на вкладке «напряжения» ВП вводятся значения тензочувствительности ε0, модуля упругости детали Eд и нагрузки Pi, при которой построена изоэнтата с номером i.
Рассчитываются напряжения согласно:
Figure 00000001
(с.29, Махутов Н.А., «Экспериментальные исследования напряжений в конструкциях», 1992)
где σmax - максимальные главные напряжения, P - нагрузка в момент образования первых трещин.
Конечное изображение с картиной трещин и изоэнтат с указанием величин напряжений представлено на фиг.5.
Таким образом, предполагаемое техническое решение обеспечивает возможность регистрации трещин в хрупких покрытиях, построение изоэнтат и определения деформаций и напряжений для каждого номера изоэнтаты.
Результаты для деревянного образца
Номер изоэнтаты 1 2 3
σ1, МПа 26,70 16,02 11,44
Результаты для металлического образца
Номер изоэнтаты 1 2
σ1, МПа 60 50,85

Claims (1)

  1. Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения состоит из программной части и аппаратной части, представленной ПК и смарт-камерой, которая устанавливается над поверхностью исследуемого объекта, на который нанесен слой хрупкого тензочувствительного покрытия, программная часть представлена виртуальным прибором, который состоит из шести блоков, четыре из которых отвечают за цифровую обработку захватываемого изображения, а два оставшихся за построения изоэнтат и вычисление напряжений, соответствующих построенным изоэнтатам, отличается тем, что система технического зрения соединяет концы трещин между собой методом поиска парных границ, осуществляя фиксацию картины трещин, а также производит обработку полученных данных и выводит результат на экран монитора ПК, вычисляя напряжение для каждой изоэнтаты.
RU2019117853A 2019-06-07 2019-06-07 Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения RU2712758C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117853A RU2712758C1 (ru) 2019-06-07 2019-06-07 Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117853A RU2712758C1 (ru) 2019-06-07 2019-06-07 Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2712758C1 true RU2712758C1 (ru) 2020-01-31

Family

ID=69625208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019117853A RU2712758C1 (ru) 2019-06-07 2019-06-07 Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2712758C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2810723C1 (ru) * 2023-06-07 2023-12-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Способ исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2502061C2 (ru) * 2008-09-14 2013-12-20 Нуово Пиньоне С.п.А. Способ определения склонности к образованию трещин при повторном нагревании
RU2505780C1 (ru) * 2012-07-17 2014-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) Способ исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах
CN105378450A (zh) * 2013-02-18 2016-03-02 赛拉诺斯股份有限公司 用于多元分析的系统和方法
RU2618760C1 (ru) * 2015-11-16 2017-05-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", ФГБОУ ВПО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Акустико-эмиссионный способ раннего выявления повреждений в деформируемых алюминиевых сплавах
RU2016112815A (ru) * 2016-04-04 2017-10-05 Олег Викторович Горбачев Оптоволоконный акустико-эмиссионный способ определения пластических деформаций больших инженерных сооружений

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2502061C2 (ru) * 2008-09-14 2013-12-20 Нуово Пиньоне С.п.А. Способ определения склонности к образованию трещин при повторном нагревании
RU2505780C1 (ru) * 2012-07-17 2014-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) Способ исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах
CN105378450A (zh) * 2013-02-18 2016-03-02 赛拉诺斯股份有限公司 用于多元分析的系统和方法
RU2618760C1 (ru) * 2015-11-16 2017-05-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", ФГБОУ ВПО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Акустико-эмиссионный способ раннего выявления повреждений в деформируемых алюминиевых сплавах
RU2016112815A (ru) * 2016-04-04 2017-10-05 Олег Викторович Горбачев Оптоволоконный акустико-эмиссионный способ определения пластических деформаций больших инженерных сооружений

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2810723C1 (ru) * 2023-06-07 2023-12-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Способ исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gros et al. NDT data fusion at pixel level
US10190992B2 (en) Structure status determination device, status determination system, and status determination method
CN105572152B (zh) 一种复合材料x射线成像灵敏度的替代性测定方法
WO2020110717A1 (ja) 構造物の損傷原因推定システム、損傷原因推定方法、及び損傷原因推定サーバ
JP2015102363A (ja) 振動解析装置
Qiu et al. Defect detection in FRP‐bonded structural system via phase‐based motion magnification technique
CN110470738A (zh) 基于振动响应差比函数的结构损伤识别方法
CN111879709A (zh) 湖泊水体光谱反射率检验方法及装置
Rashidi et al. Assessment of the overall condition of bridge decks using the Jensen-Shannon divergence of NDE data
CN111307347A (zh) 一种试件表面主应力测试装置及方法
CN108151870B (zh) 一种基于频响函数的施工质量问题检测方法
RU2712758C1 (ru) Способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения
CN110568083A (zh) 一种针对钢材腐蚀疲劳损伤在线监测的声发射检测方法
Diakhate et al. Probabilistic improvement of crack propagation monitoring by using acoustic emission
Lorenzi et al. Application of ultrasonic pulse velocity to detect concrete flaws
KR100967084B1 (ko) 균열 모니터링 시스템, 균열 모니터링 방법 및 균열모니터링 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체
Panin et al. Staging of a localized deformation during tension of specimens of a carbon-carbon composite material with holes of different diameters according to acoustic-emission, surface-deformation mapping, and strain-gauging data
US20220397500A1 (en) Apparatus and method for detecting microcrack using orthogonality analysis of mode shape vector and principal plane in resonance point
JP2003344550A (ja) 地震観測システム、地震解析装置、地震観測プログラム及び記録媒体
Haghi et al. Measuring Instruments for Characterization of Intermediate Products in Electrode Manufacturing of Lithium‐Ion Batteries
JPH0380258B2 (ru)
DE50311321D1 (de) Verfahren zur auswertung von ultraschallsignalen eines fehlers in einem werkstück
CN211401505U (zh) 一种试件表面主应力测试装置
Qiu et al. Study on the pin delamination of plastic encapsulated microcircuits using scanning acoustic microscope
KR20200141768A (ko) 전기전도성 페인트를 이용하여 건물 균열을 진단하는 장치와 방법