Мороз Н. Автоматизована система ультразвукової товщинометрії виробів із конструкційних матеріалів

Магістерська дисертація містить 93 листів, 20 рисунків, 28 таблиць, 19 джерел за переліком посилань, 4 додатки

Актуальність теми

Технологічний розвиток став приводом для вдосконалення традиційних природних конструкційних матеріалів та появи нових. Такі галузі як машинобудування, металургія, автомобілебудування, авіаційна промисловість та ін. потребують виробництва якісної продукції яка має відповідати високим стандартам якості. Кожен з матеріалів має певні фізико-механіні характеристики, що впливають на контроль виробів з конструкційних матеріалів. Зокрема, в ультразвуковому неруйнівному контролі така характеристика, як згасання ультразвукової хвилі суттєво впливає на метрологічні характеристики вимірювань та контролю. Саме тому актуальною задачею є розроблення нових методів дослідження.
Товщина об’єктів контролю є важливим показником, що в першу чергу вказує на міцність виробу в подальшому процесі його експлуатації. Забезпечення контролю товщини виробів з матеріалів зі значним загасанням ґрунтується на розвитку методів прецизійного визначення часу поширення ультразвукових сигналів в об’єктах контролю.

Задачею даної роботи є удосконалені методу ультразвукової товщинометрії виробів з матеріалів зі значним загасанням за рахунок використання методів статистичного оброблення результатів фазових вимірювань сигналів ультразвукової товщинометрії, що дає змогу підвищити вірогідність контролю і точність вимірювання товщини.

Мета і задачі дослідження

Метою дослідження є підвищення точності визначення товщини об’єктів контролю, що виготовлені з матеріалів зі значним коефіцієнтом загасання. В основі методу покладено використання статистичного оброблення фазових характеристик сигналів ультразвукової товщинометрії, які уявляють собою імпульси з гармонічним сигналом-носієм.

Для досягнення мети були поставлені та розв’язані наступні задачі

1) Розроблення методології опрацювання сигналів ультразвукової товщинометрії, яка включає метод, алгоритм і програмне забезпечення.
2) Моделювання процесів опрацювання інформації в системах статистичної фазової ультразвукової товщинометрії і обґрунтування кругових статистик для виявлення сигналів товщинометрії за низького відношення сигнал/шум.
3) Проведення модельних експериментів процесу виявлення сигналів ультразвукової товщинометрії розробленим методом статистичної фазометрії за отриманою в ковзному режимі r-статистикою.
4) Оцінювання ефективності виявлення сигналів товщинометрії та точності вимірювання часових інтервалів між відлуннями запропонованим методом статистичної фазової ультразвукової товщинометрії у виробах з матеріалів зі значним загасанням ультразвуку.

Об’єкт дослідження – процес визначення товщини виробів, виготовлених з матеріалів зі значним коефіцієнтом загасання ультразвукових коливань луна-імпульсним методом.

Предмет дослідження – метод та програмні засоби статистичної фазової ультразвукової товщинометрії виробів з матеріалів зі значним загасанням ультразвукової хвилі.

Методи дослідження ґрунтуються на використанні: теоретичних основ ультразвукового неруйнівного контролю та основі положень матеріалознавства в частині теорії конструкційних матеріалів; математичної статистики та теорії ймовірності випадкових фазових зсувів сигналів; методи цифрової обробки сигналів; теорії сигналів та кіл; методів комп’ютерного моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що:

1. Запропоновано спосіб визначення часових інтервалів між луна-сигналами за їх r-статистикою, отриманою в полівіконному ковзному режимі, що дає змогу виконувати вимірювання за відношенням сигнал/шум більше 1.
2. Виконано дослідження впливу розміру апертури вікон та їх кількості на відношення сигнал/шум вигідного сигналу фазових виявлячів сигналів УЗТ, що дає змогу обґрунтовувати ці параметри для різних сигналів УЗТ і параметрів збору інформації.

Практичне значення одержаних результатів

1. Розроблено програмно-алгоритмічні засоби реалізації запропонованого способу опрацювання сигналів УЗТ, які ґрунтуються на отриманні та аналізі r-статистики в ковзному полівіконному режимі опрацювання фазових характеристик цих сигналів.
2. Отримані результати моделювання процесів виявлення сигналів УЗТ та оцінювання часових інтервалів між відлуннями можуть бути використані під час проектування нових ефективних засобів ультразвукової луно-імпульсної товщинометрії.
3. Розроблене програмне статистичне забезпечення може бути використано в задачах УЗТ.

Ключові слова

Ультразвукова товщинометрія, фазові методи обробки сигналів, метод статистичної фазової ультразвукової товщинометрії, віконне опрацювання сигналів, кругові статистики

Керівник: проф. Куц Ю.В.

Повний текст дисертації (.pdf)

Повний перелік магістерських дисертацій

ПСНК КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017