Małgorzata Kujawińska Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Wydział Mechatroniki PW

1. Systemy monitorowania i pomiarów konstrukcji realizujące wybrane niekoherentne i koherentne metody optyczne Zadania 22-29 Małgorzata Kujawińska Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Wydział Mechatroniki PW

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. Oferta czujników – czujniki realizujące metody niekoherentne • Oferujemy czujniki z pełną ścieżką przetwarzania wyników

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

9. 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

10. 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

11. Metoda i system projekcji prążków • Pomiary 2.5D • Pomiary 3D • Pomiary zmian kształtu Kompatybilność wyników z CAD/CAM/CAE

12. 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

13. Pełna dokumentacja 3D obiektu wysolenia

14. Wspomaganie termowizyjne • Hybrydowa analiza obiektów – (u,v,w)+T+MES Diagnostyka elementów maszyn Wielkogabarytowe konstrukcje inżynierskie

15. Oferta czujników – czujniki realizujące metody koherentne

16. CG M M SG Interferometria siatkowa: zasada Pomiary przemieszczeń w płaszczyźnie Konfiguracja nieczuła na drgania Czułość d/2: typowo 0,5mm/prążek Po AAOP 20nm

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

18. 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 ????

19. Ekstensometr siatkowy: wyniki pomiarów Badania spawu tarciowego e (x,y) v(x,y) Lokalne badania materiałowe U v ex ey gxy

20. Cyfrowe kamery holograficzne • Pomiary: • przemieszczenia pozapłaszczyznowe • kształt • 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 Brak konieczności przygotowania powierzchnii

21. Cyfrowa interferometria holograficzna Monitorowanie Pomiary zmian kształtu elementu pod obciążeniem Wyznaczanie częstotlowości rezonansowych i Rozkładu amplitudy Drgań na obiekcie W (x,y)

22. Metoda i systemy cyfrowej interferometrii plamkowej (DESPI) Układy do pomiarów przemieszczeń: w płaszczyźnie i poza Płaszczyznowych i drgań System handlowy F-my Ettemayer

23. 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

24. 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

25. 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).

26. 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

27. 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

28. Dziękuje za uwagę!