[BK 3.2] Методи лазерної інтерферометрії та цифрової кореляції зображень для технічної діагностики відповідальних конструкцій
Структура за темами
-
Рівень вищої освіти
Другий (магістерський)
Галузь знань
13 Механічна інженерія
Спеціальність
132 Матеріалознавство
Освітня програма
Матеріалознавство
Статус дисципліни
вибіркова
Форма навчання
очна (денна)
Рік підготовки, семестр
2 або 3 семестр
Обсяг дисципліни
5 кредитів (150 годин)
Семестровий контроль/ контрольні заходи
диференційований залік
Розклад занять
лекція – 2 год в тиждень (30 год); лабораторні – 1 год в тиждень(15 год); самостійна робота – 105 год; диференційований залік
Мова викладання
Українська
Інформація про
керівника курсу / викладачівКафедра прикладної фізики та матеріалознавства (Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України).
Лектор: канд. техн. наук, Савицький Віктор Володимирович, viktor.savitsky@nas.gov.ua
Семінарські заняття: канд. техн. наук, Савицький Віктор Володимирович, viktor.savitsky@nas.gov.ua
Платформа для онлайн підключення
Zoom, Google Meet
-
Тема 1. Технічна діагностика вузлів та елементів конструкцій. Методи та прилади для неруйнівного контроля якості матеріалів
– Основні поняття, мета та задачі технічної діагностики вузлів та елементів конструкцій.
– Класифікація методів неруйнівного контролю за призначенням та принципом дії.
– Огляд основних методів неруйнівного контролю, таких як візуальний, ультразвуковий, магнітний, радіографічний та інші. Їх основні переваги та недоліки– Вимоги до обладнання та приладів для проведення неруйнівного контролю.
-
– Хвилеподібна природа світла: дифракція, інтерференція та поляризація.
– Принцип дії лазерної інтерферометрії та його фізичне пояснення.
– Різновиди лазерних інтерферометрів та їхнє використання в дослідженнях.– Аналіз результатів вимірювань з використанням методів лазерної інтерферометрії, їхня інтерпретація.
-
– Інтерферометр Майкельсона.
– Інтерферометр Маха-Цендера.
– Інтерферометр Фабрі-Перо.
– Інтерферометр Тваймена-Грина.– Інтерферометр Фізо.
-
– Метод скелетування інтерференційних смуг.
– Фур'є метод визначення фази інтерференційної смуги.
– Метод фазових кроків для автоматизованої обробки картин інтерференційних смуг.
– Попередня цифрова фільтрація зображень. Фільтрація шуму у даних розрахованої карти інтерференційної фази.– Зшивка інтерференційної фази.
-
– Фізико-математичні основи методу голографічної інтерферометрії, її принцип дії.
– Технічна реалізація голографічної інтерферометрії: використання голограм та елементів світлової оптики.
– Типові оптичні схеми голографічних інтерферометрів. Поняття про вектор чутливості.
– Застосування голографічної інтерферометрії для визначення залишкових напружень у конструкційних матеріалах.– Неруйнівний контроль якості композиційних та металевих конструкцій методом голографічної інтерферометрії.
-
– Фізичні (неруйнівні) методи визначення залишкових напружень (метод рентгенівської дифракції, ультразвукові та магнітні методи) .
– Релаксаційні руйнівні методи визначення залишкових напружень (метод розрізки, Закса, контурний метод).
– Частково-руйнівні методи дослідження напряженого стану матеріалів (метод отворів, канавок, індентування).– Особливості методів визначення залишкових напружень, їх область застосування, основні недоліки та переваги.
-
– Формування спеклів на шорсткій поверхні матеріалів.
– Фізико-математичні основи методу спекл-інтерферометрії.
– Типові оптичні схеми спекл-інтерферометрів для вимірювання площинних, нормальних та просторових переміщень.
– Математичний алгоритм розрахунку залишкових напружень по даним вимірювання переміщень навколо отворів, які отримані за допомогою спекл-інтерферометричної вимірювальної системи.– Технічна реалізація методу спекл-інтерферометрії для визначення напруженого стану..
-
– Фізико-математичні основи методу ширографії, принцип його дії.
– Устаткування для вимірювань деформацій методом ширографії.
– Аналіз особливостей та переваг методу ширографії для технічної діагностики відповідальних конструкцій.– Практичне застосування методу ширографії для неруйнівного контроля якості вузлів та елементів конструкцій.
-
– Основні поняття та принципи цифрової кореляції зображень (DIC).
– Методи обробки зображень для застосування DIC.
– Критерії кореляції SSD, NSSD, SAD, NCC.
– Метод фазової кореляції.– Переваги та обмеження двовимірного методу цифрової кореляції зображень.
-
Тема 10. Алгоритми визначення переміщень методом цифрової кореляції зображень із субпіксельною точністю
– Алгоритм підгонки кривої, інтерполяційний підхід.
– Алгоритм Лукаса-Канаде.
– Алгоритм Ньютона-Рафсона.– Стратегія оптимізації Гауса-Ньютона (IC-GN) для досягнення субпіксельної точності.
-
– Модель точкової діафрагми.
– Калібрування оптичної системи. Фокусна відстань, положення центру зображення, дисторсія лінзи, орієнтація та положення камер.
– Stereo matching алгоритми: SGM, SBGM, NCC, CNN.
– Розрахунок просторових положень точок досліджуваних об'єктів.– Розрахунок переміщень та деформацій методом Stereo DIC.
-
Тема 12. Застосування методу цифрової кореляції для визначення фізико-механічних властивостей матеріалів
– Підготовка поверхні досліджуваних об'єктів. Природні та штучні спекли, методи їх наведення.
– Вплив конфігурації експериментального устаткування на точність вимірювання переміщень методом цифрової кореляції зображень. Телецентричні об'єктиви.
– Налаштування параметрів системи введення зображень. Рівень освітлення, швидкість зйомки, розмір пікселя камери, розмір зони дослідження. Калібрування системи.– Вибір алгоритмів DIC, налаштування їх параметрів. Оцінка точності вимірювань.
-
Тема 13. Застосування методу цифрової кореляції для технічної діагностики відповідальних конструкцій
– Основні принципи технічної діагностики відповідальних конструкцій методом цифрової кореляції зображень.
– Особливості налаштування параметрів алгоритмів та устаткування DIC для контроля якості вузлів та елементів конструкцій.– Аналіз даних, отриманих за допомогою методу цифрової кореляції, їх інтерпретація.
-
– Механічне навантаження.
– Термічне навантаження. Метод блокування термічної хвилі.
– Вакуумне навантаження. Його область застосування
– Вібраційне навантаження.
– Комбіноване термічно-механічне навантаження.– Вибір оптимального виду навантаження для виявлення внутрішніх дефектів.
-
Тема 15. Технічна діагностика великогабаритних конструкцій методами лазерної інтерферометрії та цифрової кореляції зображень
– Вплив масштабного фактору на розмір дефектів, які виявляються методами лазерної інтерферометрії.
– Вплив геометрії досліджуваних об'єктів на результати експериментальних досліджень.
– Забезпечення умов проведення експериментів у промислових та польових умовах.
– Застосування оптичних методів в умовах обмеженого простору.– Основні переваги та недоліки використання методів лазерної інтерферометрії та цифрової кореляції зображень для неруйнівного контроля якості та визначення механічних властивостей великогабаритних конструкцій.
-
Тема 16. Практичні приклади використання оптичних методів для технічної діагности відповідальних конструкцій
– Визначення залишкових напружень у зварних з'єднаннях.
– Неруйнівний контроль якості багатошарових конструкцій, що виготовлені із металевих та композиційних матеріалів. Особливості їх навантаження.
– Вимірювання залишкових переміщень методом цифрової кореляції зображень після зварювання елементів конструкцій.– Дослідження напружено-деформованого стану конструкцій методами лазерної інтерферометрії та кореляції зображень під час їх статичного навантаження.