Применение лазерной сканирующей термографии и регрессионного анализа для определения характеристик дефектов полимерных композиционных материалов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Метод точечной лазерной сканирующей термографии обладает высокой чувствительностью и позволяет надежно обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты изделий из полимерных композиционных материалов. При реализации данного метода применение роботов-манипуляторов в качестве сканирующего устройства позволяет исследовать малогабаритные объекты контроля с криволинейной поверхностью или дообследовать сомнительные участки, выявленные другими методами. В статье приведены сведения о макете роботизированного комплекса для лазерной сканирующей термографии на основе пятиосевого робота-манипулятора, лазера мощностью до 3 Вт и длиной волны 405 нм, а также тепловизора COX CG640. Предложена методика обработки экспериментальных данных и разработаны регрессионные модели, позволяющие определять поперечный размер дефектов вдоль траектории сканирования и глубину их залегания. Для апробации подхода был изготовлен контрольный образец из стеклотекстолита, содержащий искусственные дефекты типа «расслоение», в виде квадратов различных размеров. Коэффициент детерминации R2 регрессионных моделей оказался не хуже 0,94, а средняя квадратическая ошибка модели глубины дефекта и поперечного размера — не хуже ±0,2 и ±1,5 мм2 соответственно.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Г. Дивин

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина; Тамбовский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: divin.ag@tstu.ru
Россия, 392036, Тамбов, ул. Интернациональная, 33; 392000, Тамбов, ул. Советская, 106/5

С. В. Пономарев

Тамбовский государственный технический университет

Email: divin.ag@tstu.ru
Россия, 392000, Тамбов, ул. Советская, 106/5

С. В. Мищенко

Тамбовский государственный технический университет

Email: divin.ag@tstu.ru
Россия, 392000, Тамбов, ул. Советская, 106/5

Ю. А. Захаров

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина; Тамбовский государственный технический университет

Email: divin.ag@tstu.ru
Россия, 392036, Тамбов, ул. Интернациональная, 33; 392000, Тамбов, ул. Советская, 106/5

Н. А. Карпова

Тамбовский государственный технический университет

Email: divin.ag@tstu.ru
Россия, 392000, Тамбов, ул. Советская, 106/5

А. А. Самодуров

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина

Email: divin.ag@tstu.ru
Россия, 392036, Тамбов, ул. Интернациональная, 33

Д. Ю. Головин

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина

Email: nano@tsutmb.ru
Россия, 392036, Тамбов, ул. Интернациональная, 33

А. И. Тюрин

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина

Email: divin.ag@tstu.ru
Россия, 392036, Тамбов, ул. Интернациональная, 33

Список литературы

  1. Shen Q., OmarM., Dongri S. Ultrasonic NDE Techniques for Impact Damage Inspection on CFRP Laminates // J. Mater. Sci. Res. 2011. V. 1. No. 1. doi: 10.5539/jmsr.v1n1p2
  2. Golovin Y.I., Golovin D.Y., Tyurin A.I. Dynamic Thermography for Technical Diagnostics of Materials and Structures // Russ. Metall. 2021. V. 2021. No. 4. doi: 10.1134/S0036029521040091
  3. Chulkov A., Vavilov V., Nesteruk D., Burleigh D., Moskovchenko A. A method and apparatus for characterizing defects in large flat composite structures by Line Scan Thermography and neural network techniques // Frat. ed Integrita Strutt. 2023. V. 17. No. 63. doi: 10.3221/IGF-ESIS.63.11
  4. D’Accardi E., Palumbo D., Galietti U. Experimental Procedure to Assess Depth and Size of Defects with Pulsed Thermography // J. Nondestruct. Eval. 2022. V. 41. No. 2. doi: 10.1007/s10921-022-00870-5
  5. Maldague X.P.V. Introduction to NDT by active infrared thermography // Materials Evaluation. 2002. V. 60. No. 9.
  6. Palumbo D., Cavallo P., Galietti U. An investigation of the stepped thermography technique for defects evaluation in GFRP materials // NDT E. Int. 2019. V. 102. doi: 10.1016/j.ndteint.2018.12.011
  7. Feuillet V., Ibos L., Fois M., Dumoulin J., Candau Y. Defect detection and characterization in composite materials using square pulse thermography coupled with singular value decomposition analysis and thermal quadrupole modeling // NDT E. Int. 2012. V. 51. doi: 10.1016/j.ndteint.2012.06.003
  8. Kaledin V.O., Vyachkina E.A., Vyachkin E.S., Budadin O.N., Kozel’skaya S.O. Applying Ultrasonic Thermotomography and Electric-Loading Thermography for Thermal Characterization of Small-Sized Defects in Complex-Shaped Spatial Composite Structures // Russ. J. Nondestruct. Test. 2020. V. 56. No. 1. doi: 10.1134/S1061830920010052
  9. Budadin O., Razin A., Aniskovich V., Kozelskaya S., Abramova E. New approaches to diagnostics of quality of structures from polymeric composite materials under force and shock impact using the analysis of temperature fields // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1636. No. 1. doi: 10.1088/1742-6596/1636/1/012022
  10. Angioni S.L., Ciampa F., Pinto F., Scarselli G., Almond D.P., Meo M. An Analytical Model for Defect Depth Estimation Using Pulsed Thermography // Exp. Mech. 2016. V. 56. No. 6. doi: 10.1007/s11340-016-0143-4
  11. D’Accardi E., Palumbo D., Galietti U. A comparison among different way to perform the lock-in multi-frequency test in a CFRP composite sample. 2020. doi: 10.21611/qirt.2020.119
  12. Zeng Z., Zhou J., Tao N., Feng L., Zhang C. Absolute peak slope time based thickness measurement using pulsed thermography // Infrared Phys. Technol. 2012. V. 55. No. 2—3. doi: 10.1016/j.infrared.2012.01.005
  13. Rellinger T., Underhill P.R., Krause T.W., Wowk D. Combining eddy current, thermography and laser scanning to characterize low-velocity impact damage in aerospace composite sandwich panels // NDT E. Int. 2021. V. 120. doi: 10.1016/j.ndteint.2021.102421
  14. Вавилов В.П., Ширяев В.В. Способ определения размеров дефектов при тепловом контроле // Дефектоскопия. 1979. № 11. С. 101—103.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эскиз тестового образца.

Скачать (130KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема лабораторной установки: 1 — манипулятор; 2 — лазер; 3 — блок контроллера с ШИМ выходом; 4 — блок питания; 5 — компьютер; 6 — контроллер манипулятора; 7 — тепловизор; 8 — объект контроля.

Скачать (208KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Термограммы для дефектов С3 и С4.

Скачать (395KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Термограммы, полученные с интервалом времени 2 с для участков образца, содержащих дефекты B4, B5 (а) и А4, А5 (б).

Скачать (520KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Термограммы Td(x1, τ – Δτ), Tr(x2, τ) и температурный контраст ΔTmax(τ).

Скачать (201KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Термограмма в зоне дефекта С4.

Скачать (245KB)
Метаданные
8. Рис. 7. График зависимости производной температурного поля по координате x для дефекта C4.

Скачать (181KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Диаграмма рассеяния для регрессионной модели ширины дефекта.

Скачать (284KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Диаграмма рассеяния для регрессионной модели глубины залегания дефекта.

Скачать (240KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах