Rozwój produktów i urządzeń wysokiej techniki w zakresie budowy systemu pomiarowego do badań nieniszczących techniką termografii aktywnej

Kierownik projektu: dr inż. Grzegorz Gralewicz

Streszczenie projektu:

PW-004/ITE/02/2004 Projekt Badawczy Zamawiany ITE-PIB

W wyniku prac badawczych realizowanych w ramach projektu opracowano:
1. Metodę badań nieniszczących z wykorzystaniem techniki termografii aktywnej
2. Prototyp systemu badawczego do pomiaru parametrów termicznych i geometrycznych przy wykorzystaniu termografii aktywnej
Rozszerzeniem zakresu wyniku końcowego zadania badawczego jest:
1. Model systemu pomiarowego termografii ultradźwiekowej
Innymi efektami realizacji zadania badawczego są:
2. Uruchomienie projektu badawczo rozwojowego wspólnie z Instytutem Technologii Bezpieczeństwa Moratex dotyczącego przystosowania metody termografii aktywnej do oceny jakości kompozytowych materiałów balistycznych
3. Publikacje (dwie) w Problemach Eksploatacji i prezentacja wyników na konferencji QIRT 2006, Padova Italy

Projekt składał się z IV części, poniżej zamieszczono syntetyczny opis uzyskanych wyników
Część I (etap 1): Opracowanie metody wyznaczania parametrów cieplnych i geometrycznych struktur wielowarstwowych przy użyciu pobudzenia wieloczęstotliwościowego
W pierwszym etapie zadania badawczego opracowano metodę, która pozwala na wyznaczanie następujących parametrów cieplnych i geometrycznych struktur: ciepło właściwe cw [J/(kg&
8729;K)], przewodność cieplna k [W/(mK)], dyfuzyjność cieplna &
945; [m2/s], efuzyjność cieplna &
946; [Ws1/2 /( m2K)], pojemność cieplna Cth [Jm-3K-1], rezystancja termiczna Rth [m2KW-1], grubość &
948; [m]. Wymienione parametry mają istotne znaczenie dla sposobu detekcji defektów materiałowych z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego
Część II (etap 2): Opracowanie założeń i budowa interfejsu cyfrowego wraz z oprogramowaniem do kamery IR pozwalającego na przekazywanie obrazu termowizyjnego i danych pomiarowych w czasie rzeczywistym do komputera PC
W trakcie drugiego etapu zadania badawczego opracowano założenia i wykonano interfejs cyfrowy do kamery termalnej oraz testowano kolejne wersje oprogramowania Thermoscope. Aktualna wersja oprogramowania pozwala na przeprowadzenie analizy FFT (szybka transformata Fouriera) dla 1000 zarejestrowanych obrazów termalnych z minimalnym interwałem czasowym 4 ms (ograniczenie wynikające z parametrów kamery termalnej)
Część III (etap 3): Opracowanie założeń i budowa generatora ""fali cieplnej"" generującego przebiegi synchroniczne fali elektromagnetycznej o szerokim zakresie częstotliwości zawierającej światło widzialne
Podczas realizacji prac trzeciego etapu zadania badawczego opracowano założenia i zbudowano ostatni element systemu pomiarowego - generator fali cieplnej. Określono parametry systemu pomiarowego: zakres pasma generowanych fal elektromagnetycznych: 500 - 1700 nm, zakres mocy generowanej wiązki: 360 - 1500 W, zakres widma analizy obrazu termowizyjnego: 3 - 5 &
181;m, czułość analizy obrazu termowizyjnego: 0,1 C, regulacja kierunku generowanej wiązki zarówno w pionie jak i w poziomie, oddzielne oraz synchroniczne sterowanie 4 promiennikami podczerwieni
Określono również rodzaje defektów materiałowych wykrywanych przy wykorzystaniu systemu pomiarowego: rozwarstwienia, pęknięcia, erozja powierzchni
Część IV (etap 4): Przeprowadzenie badań wybranych struktur materiałowych i/lub obiektów przemysłowych w celu weryfikacji poprawności działania systemu pomiarowego
W celu przeprowadzenia badań przygotowano struktury modelowe (2 blachy stalowe i 1 blacha aluminiowa). Wyniki badań, dla wszystkich trzech modelowych struktur, umożliwiają detekcję granicy dwóch różnych materiałów. Wyniki te pozwalają również na zróżnicowanie grubości materiału na podstawie odczytu kąta fazowego. Średnie wartości kąta fazowego wskazują na granice zmian grubości materiałów, co pozwala na detekcję miejsc występowania niejednorodności materiałów. Pozostałe wyniki badań (blacha stalowa z nawierceniami) miały na celu zbadanie zależności kąta fazowego od głębokości nawiercenia oraz od średnicy nawiercenia. Wraz ze wzrostem głębokości nawiercenia wartość kąta fazowego rośnie. Natomiast wraz ze wzrostem średnicy nawiercenia (do 20 mm) wartości kąta fazowego również rosły. Dla małych głębokości (2-1 mm) wynik był nieczytelny, jak również dla średnicy nawiercenia 1mm. Wyniki badań ostatniej struktury modelowej (blacha aluminiowa z płaskownikami) przedstawiają zależności grubości struktury od wartości kąta fazowego. Ze wzrostem grubości wartość kąta fazowego rośnie. Przedstawione wyniki badań potwierdzają poprawność działania systemu pomiarowego
Zakres wyniku końcowego zadania badawczego rozszerzono o prace badawcze nad wykorzystaniem fal dźwiękowych (ultradźwięki) jako impulsu wymuszającego. Zastosowano przetwornik piezoelektryczny zasilany falą w.cz. (np.: 30 kHz) i modulowaną wolnozmiennym przebiegiem o częstotliwości fm = 0,01-10 Hz. Lokalna zmiana temperatury na powierzchni badanej struktury jest funkcją okresową i zmienia się z częstotliwością fm. Zwiększone wydzielanie się ciepła w próbce wynika z pęknięć, rozwarstwień lub innych defektów materiałowych. Prace te doprowadziły do budowy modelu systemu pomiarowego termografii ultradźwiękowej.

Jednostka: Pracownia Ochron Oczu i Twarzy

Okres realizacji: 01.03.2005 – 31.12.2006