TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH. ANALÝZA PÓROVITOSTI MATERIÁLOV POMOCOU METROTOMOGRAFIE Diplomová práca

Transcription

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH STROJNÍCKA FAKULTA ANALÝZA PÓROVITOSTI MATERIÁLOV POMOCOU METROTOMOGRAFIE Diplomová práca 2014 Bc. Darina GLITTOVÁ

2 TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH STROJNÍCKA FAKULTA ANALÝZA PÓROVITOSTI MATERIÁLOV POMOCOU METROTOMOGRAFIE Diplomová práca Študijný program: Študijný odbor: Školiace pracovisko: Školiteľ: Konzultant: Biomedicínske inžinierstvo Biomedicínske inžinierstvo Katedra biomedicínskeho inžinierstva a merania () Dr.h.c. prof. Ing. Jozef Živčák, PhD. Ing. Teodor Tóth,PhD Košice Bc. Darina GLITTOVÁ

3 Abstrakt v SJ Cieľom tejto práce bolo analyzovať pórovitosť, resp. inklúzie vzoriek z vybraných materiálov pomocou metrotomografie. Hlavnou zložkou problému bola správna metodika softvérového spracovania nameraných údajov získaných počítačovou tomografiou na zariadení Carl Zeiss Metrotom Pri rôznych nastaveniach vstupných parametrov sa zisťoval predpokladaný výstup na známom súbore defektov. Porovnanie vplyvov nastavení na výsledkov vyhodnotenia má pomôcť pri nastavovaní parametrov pre vyhodnotenie defektov v priemyselných aplikáciách. Kľúčové slová Defektoskopia, pórovitosť, počítačová tomografia Abstrakt v AJ The aim of this work was to analyze the porosity or inclusions samples from selected materials using metrotomografie. The main component of the problem was correct methodology of software processing of the measured data acquired by computed tomography equipment Carl Zeiss METROTEL For various settings of the input parameters was investigated expected output to a known set of defects. Comparison of the effects of setting on results of the assessment should help in setting parameters for evaluation of defects in industrial applications. Kľúčové slová v AJ Defectoscopy, porosity, computed tomography

4

5 Čestné vyhlásenie Vyhlasujem, že som túto diplomovú prácu napísala samostatne pod odborným vedením a použila som iba uvedenú literatúru. Košice, 9. máj vlastnoručný podpis

6 Poďakovanie Moje poďakovanie patrí predovšetkým konzultantovi práce, Ing. Teodorovi Tóthovi PhD, za jeho rady, pomoc a hlavne trpezlivosť pri častých konzultáciách. Taktiež Ing. Monike Michalíkovej PhD- vedúcej Diplomového projektu, za jej rady ohľadom formy práce a p. Ferdinandovi Filickému za pomoc pri výrobe vzoriek. Moje poďakovanie patrí aj doc. Ing. Jánovi Slotovi, PhD. a Ing.Ivanovi Gajdošovi, PhD. z Katedry technológií a materiálov za poskytnutú pomoc pri výrobe vzoriek.

7 Predhovor Počítačová tomografia je účinná metóda, ako neinvazívne detekovať pórovitosť a iné defekty nielen v konštrukčných materiáloch, ale aj v biomedicínskych vzorkách. Jeden z hlavných dôvodov, prečo som si vybrala túto tému je reálna potreba vyriešiť otázku ako veľmi ovplyvňuje softvérové nastavenie a následné spracovanie výsledný obraz defektoskopickej skúšky. Táto problematika bola, okrem iného, podrobnejšie prediskutovaná aj v práci Vplyv skenovacích parametrov počítačovej tomografie na odhadovanú pórovitosť penových vzoriek. Cieľom bolo detailne preskúmať ponúkané nastavenia skenovacích parametrov a následne zvoliť ich najoptimálnejšie hodnoty pre každé skenovanie daného problému.

8 Obsah Zoznam obrázkov... 9 Zoznam tabuliek Úvod Defektoskopia Ultrazvuková defektoskopia Prežarovacie metódy RTG defektoskopia Magnetická defektoskopia Kapilárne metódy Metóda akustickej emisie a holografické metódy Analýza chemického zloženia Pórovitosť a mikročistota materiálu Pórovitosť materiálov Mikročistota materiálu a inklúzie Návrh a výroba vzoriek na snímanie Rapid prototyping Využitie metód Rapid Prototyping RP technológia FusedDeposition Modeling Technické údaje použitého RP Laserové spekanie Technické údaje použitého SLS prístroja Návrh testovaných vzoriek Dizajn vzoriek pre plast Dizajn vzoriek pre keramiku Dizajn vzoriek z epoxidu na testovanie inklúzií Návrh metodiky snímania Metrotomografia Počítačová tomografia v priemysle Spôsob získavania dát Možnosti využitia metrotomografie Metrotom OS Nastavenie parametrov samotného snímania... 40

9 4 Softvérové spracovanie VGStudio MAX Analýza pórovitosti/inklúzií Nastavované parametre Vyhodnotenie Vzorky získané metódou Rapid Prototyping z plastu Vzorky získané metódou laserovým sinterovaním z keramiky Vzorky z epoxidu na testovanie inklúzií Spracovanie surových výsledkov defektoskopie Spracovanie upravených výsledkov defektoskopie Záver Zoznam použitej literatúry Prílohy... 67

10 Zoznam obrázkov Obr. 1 RTG snímka zvarového spoja [4] Obr. 2 Test súčiastky Koliesko magnetickou indukčnou metódou [4] Obr. 3 Povrch súčiastky po skúške kapilárnou metódou [4] Obr. 4 Princíp holografickej metódy [4] Obr. 5 Diamant s inklúziou fialovočerveného granátu [19] Obr. 6 Schéma technológie FDM [6] Obr. 7 Popis princípu SLS [13] Obr. 8 3D model vyrobených vzoriek Obr. 9 Prierez vzorkou Obr. 10 Schéma usporiadania defektov vo vzorke Obr. 11 Vzorky vytvorené na prístroji Rapid Prototyping Obr. 12 Model vzorky pre keramiku Obr. 13 Znázornenie vrstiev defektov v objeme vzorky Obr. 14 Vrstvy defektov v objeme vzorky Obr. 15 Schéma epoxidovej vzorky Obr. 16 Znázornenie inklúzií v objeme vzorky Obr. 17 Epoxidová vzorka s duroplastovými inklúziami Obr. 18 Epoxidová vzorka s inklúziami sekaného oceľového drôtu Obr. 19 Epoxidová vzorka s inklúziami oceľového granulátu Obr. 20 Epoxidová vzorka s inklúziami sklenených guľôčiek Obr. 21 Porovnanie používateľského prostredia softvérov Calypso a VGStudio Max [14][15] Obr. 22 Vlastné vzorky umiestnené v prípravku, pripravené na snímanie Obr. 23 Pracovné prostredie VGStudio Max [2] Obr. 24 Príklad vyhodnotenia inklúzií v softvéri VGStudio Max[18] Obr. 25 Inšpekčná správa defektoskopickej analýzy Obr. 26 Používateľské rozhranie defektoskopickej analýzy, program VGStudio Max Obr. 27 Vzorka zosnímaná Metrotomom Obr. 28 Vzorky vytvorené technológiou Rapid Prototyping bez namodelovaných pórov Obr. 29 Stratégia výroby D Obr. 30 Stratégia výroby M Obr. 31 Stratégia výroby

11 Obr. 32 Obr. 33 Obr. 34 Obr. 35 Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,3-0,5 mm Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,4-0,6 mm Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,4-0,8 mm Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,6-1mm Obr. 36 Graf korelácie medzi výstupnými parametrami inšpekčnej správy Obr. 37 Obr. 38 Obr. 39 Obr. 40 Obr. 41 Vizuálne porovnanie rôznych kritérií pravdepodobnosti pri rovnakom filtri redukcii šumu na jednej vzorke (1-Vzorka pred analýzou defektoskopie, 2-HC, 3-HG, 4-HP,5-HS) Vizuálne porovnanie rôznych filtrov redukcii šumu pri rovnakých kritériách pravdepodobnosti jednej vzorky (1-Vzorka pred analýzou defektoskopie, 2-HC, 3-LC, 4- MC) Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení Obr. 42 Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení

12 Zoznam tabuliek Tab. 1 Technické vlastnosti použitého prístroja Fortus 400 MC [11] Tab. 2 Technické vlastnosti prístroja CeraFab 7500 [10] Tab. 3 Porovnanie merných hmotností jednotlivých zložiek vzoriek Tab. 4 Technické vlastnosti Metrotomu Tab. 5 Nastavované parametre snímania jednotlivých vzoriek Tab. 6 Legenda pre nadchádzajúce grafy porovnaní parametrov Tab. 7 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,3-0,5mm Tab. 9 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,4-0, Tab. 8 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,4-0,8mm Tab. 10 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,6-1mm Tab. 11 Zdrojová tabuľka údajov pre histogramy č 38 až

13 Úvod Úlohou tejto diplomovej práce bolo hlbšie sa zoznámiť s algoritmami a skenovacími nastaveniami Metrotomu CZ1500, rovnako ako aj následnými vyhodnocovacími parametrami a charakteristikami. Keďže už existuje vedecká štúdia [20] zaoberajúca sa vplyvom hardvéru na získane výsledky, táto práca je smerovaná viacej na nastavenie a určovanie hodnôt v softvéri VGStudio Max, ktoré vykonáva dátovú analýzu skenovaného materiálu. Začiatok práce je venovaný teoretickému úvodu do problematiky defektoskopie, jej foriem a metód používaných v praxi. Druhá kapitola popisuje návrh a postup výroby 3 skupín vzoriek, na snímkach ktorých bude defektoskopia vykonávaná. Každý typ vzoriek je navrhovaný na výrobu inou technologickou cestou. V tretej kapitole je podrobnejšie popísaný snímací systém Carl Zeiss Metrotom 1500 a jeho softvér- Metrotom OS. Táto časť je dôležitá z hľadiska určenia presných snímacích hodnôt, ktoré majú vplyv na následnú analýzu defektov. Štvrtá kapitola sa zaoberá softvérom VGStudio Max a jeho parametrami a nastaveniami. Popis jednotlivých funkcií dokáže pomôcť pri výbere nastavovaných parametrov, ktorých vplyv na výsledok samotnej defektoskopie je najviac poznačený. Vo vyhodnotení je slovne aj graficky popísaný výsledok tejto práce, ktorý je záverom zhrnutý. 12

14 1 Defektoskopia Defektoskopia je vedný odbor, ktorý skúma nedeštruktívnymi spôsobmi defekty v materiáloch a výrobkoch, resp. predpovedá vznik možností materiálových porúch v prevádzke. V praxi nie je možné vytvoriť ideálne dokonalý materiál a z neho dokonalý výrobok. V celom výrobnom procese sa môžu v materiáloch a výrobkoch vyskytovať poruchy, ktoré vznikajú vo výrobnom procese alebo počas prevádzky. Defekt je také porušenie materiálu alebo výrobku, ktorého povaha, tvar, rozmery a priestorová orientácia môžu pôsobiť negatívne pri jeho využívaní. Defektoskopia sa stáva v súčasnosti nástrojom kvality výrobku. Niektoré bežné výrobky vyžadujú len čiastočnú kontrolu, iné dôležité, až 100% kontrolu. Podmienka kvality výrobkov je základným predpokladom úspešnosti ich predaja, pričom účinným nástrojom na kontrolu kvality sú i nedeštruktívne metódy skúšania materiálov. Ich aplikácia umožňuje zavedenie 100% kontroly kvality materiálov vstupujúcich do výrobného procesu, tak výrobkov po vybraných technologických operáciách. Spoločným znakom všetkých metód využívaných defektoskopiou je aplikácia takých fyzikálnych princípov, ktoré skúšaný objekt mechanicky ani tepelne nepoškodia. Tieto metóda sa nazývajú nedeštruktívne defektoskopické skúšky. Nedeštruktívne defektoskopické skúšky umožňujú: - Zistiť viditeľné povrchové i skryté povrchové a vnútorné chyby, ktoré porušujú celistvosť alebo menia vlastnosti materiálu - Včasným zistením chybných polovýrobkov a výrobkov v procese výroby ich vyradiť z ďalšieho výrobného procesu, čím sa ušetria náklady na ich ďalšie spracovanie - Vyradením chybných častí sa zabráni poruche celého zariadenia, a tým predísť väčšej škode - Odhaliť skryté defekty nadkritickej veľkosti, ktoré môžu vyvolať náhle porušenie zariadenia, predchádzať tak vzniku havárií - Defektoskopia umožňuje používať výpočtové metódy v konštrukcii založené na existencii defektov, a tak dosiahnuť optimálne využitie materiálu [7] Mechanická vlastnosť je správanie sa materiálu telesa za pôsobenia vonkajších mechanických síl. Toto správanie výrazne závisí od typu materiálu telesa, jeho 13

15 rozmerov a tvaru a tiež od prítomnosti či neprítomnosti chýb v telese. Inak sa bude správať pri rovnakých podmienkach plast, kaučuk, kovový materiál, sklo, keramika, zložený materiál atď. Z toho dôvodu sa pri stanovovaní mechanických vlastností musí brať na tieto okolnosti zreteľ, takže v konečnom dôsledku budú vytvárané rozdielne podmienky pre rozličné typy materiálov včítane tvaru a rozmerov skúšobných vzoriek. Často sa pri jednom type materiálu zisťuje vlastnosť, ktorá pri inom type materiálu prakticky neexistuje, iné vlastnosti sú univerzálne pre takmer všetky typy materiálov. Prítomnosť defektov výrazne vplýva na vlastnosti materiálu, predovšetkým v oblasti odolnosti proti krehkému lomu. Z toho dôvodu je potrebné detekovať prítomnosť trhlín v materiáli, vedieť určiť ich lokalizáciu a veľkosť. Na to slúžia nedeštruktívne defektoskopické skúšky. Používajú sa na všetky typy materiálov, pričom nie je možné použiť každú metódu na ľubovoľný materiál, nakoľko niektoré metódy vyžadujú určité vlastnosti materiálu. Určenie mechanických vlastností pomocou mechanických skúšok a zistenie prítomnosti porúch defektoskopiou umožňuje bezpečné a ekonomické využívanie technických materiálov na výrobu strojov, prístrojov, konštrukcií a iných zariadení. [7] Fyzikálne princípy defektoskopických metód V súčasnosti sa v defektoskopii používajú najmä tieto fyzikálne princípy : - Princíp kapilarity a zmáčanie skúšaného predmetu polárne aktívnou kvapalinou - Magnetická indukcia vo feromagnetických materiáloch - Akustické princípy (šírenie mechanického vlnenia telesom) Všeobecný princíp každej defektoskopickej metódy spočíva v indikácii skúšaného predmetu príslušným fyzikálnym médiom a v registrácii výsledku pôsobenia média na predmet. Podľa uvedených princípov rozlišujeme : - Kapilárne - Magnetoinduktívne - Ultrazvukové - Prežarovacie skúšobné metódy - Chemické skúšky. [7] 14

16 1.1 Ultrazvuková defektoskopia Definícia a vlastnosti ultrazvuku Ultrazvuk je pružné mechanické vlnenie hmotného prostredia s vyššou frekvenciou ako je frekvencia zvuku počuteľného ľudským uchom. Hraničná frekvencia ľudskej počuteľnosti je 16 khz. Ultrazvukové vlny možno vytvoriť mechanicky, tepelne, piezoelektricky alebo magnetostrikčne. V defektoskopii sa používa piezoelektrický spôsob, ktorý sa zakladá na princípe rozkmitania kremíkovej platničky vysokofrekvenčným prúdom. Platnička je vyrobená z kryštálu kremeňa, turmalínu alebo zo Seignetovej soli takým spôsobom, aby jej dve plochy boli kolmé na elektrickú os kryštálu. Mriežka kremeňa sa skladá z molekúl SiO 2. Každý atóm kremíka má 4 pozitívne a atóm kyslíka 2 negatívne elektrické náboje. Ak je kryštál stlačený v smere polárnych osí (X 1, X 2, X 3 ), rovnováha nábojov sa navonok poruší a na oboch povrchoch kryštálu vznikne voľný náboj opačného znamienka. Ťah vyvolá náboje opačnej polarity než tlak. Tento piezoelektrický jav je vratný, tzn., že keď sa privedie na povrch kryštálu elektrický náboj, nastane jeho deformácia podľa veľkosti a polarity privedeného náboja. Aby sa elektrické náboje rozdelili rovnomerne po celom povrchu kryštálov, pokrýva sa povrch vrstvou katódovo rozprášeného striebra. Privedením striedavého napätia vysokej frekvencie sa platnička mechanicky rozkmitá s totožnou frekvenciou. Keď sa zhoduje frekvencia striedavého prúdu s vlastnou frekvenciou platničky, nastáva rezonancia, pričom pružné kmity dosahujú najväčšiu amplitúdu. V defektoskopii sa využívajú tieto základné vlastnosti ultrazvuku : - schopnosť priamočiareho prenikaniami tuhými látkami - schopnosť odrážať sa na rozhraní dvoch prostredí Prechodom a odrazom ultrazvukových vĺn na rozhraní dvoch hmotných prostredí je napr. skúšaný materiál a trhlina. Charakteristickou vlastnosťou prostredia pre prechod ultrazvuku je akustický vlnový odpor. [1] Metódy ultrazvukovej defektoskopie Pri prechode tuhým prostredím sa ultrazvukové vlny odrážajú na prekážkach (defektoch) alebo sa ohýbajú, rozptyľujú a tým čiastočne tlmia. Z hľadiska defektoskopie je potrebné voliť také podmienky skúšky, aby sa dali zistiť defekty 15

17 nadkritickej veľkosti. Ak je veľkosť defektu v rovine kolmej na smer šírenia ultrazvukových vĺn, nastáva odraz vĺn od defektu. Hodnota λ je vlnová dĺžka vlnenia určená vzťahom, pričom c je rýchlosť ultrazvuku a f jeho frekvencia. [1] Vysielanie a prijímanie ultrazvukovej energie sa robí sondami, ktoré pomocou elektroakustického meniča premieňajú elektrickú energiu na ultrazvukové vlnenie a opačne. Podľa tvaru elektroakustického meniča môžu byť sondy : - kruhové - polkruhové - pravouhlé Podľa konštrukcie sa sondy rozdeľujú na : - priame- vysielajú vlny kolmo na skúšaný povrch - uhlové- vysielajúce vlny šikmo k povrchu - dvojité- obsahujúce 2 elektroakustické meniče - vysielací a prijímací Ultrazvuková elektroskopia sa uskutočňuje viacerými skúšobnými metódami. Najviac sa používajú odrazové a prechodové metódy. Prechodová metóda sa zakladá na princípe vysielania ultrazvukových vĺn do jednej strany skúšaného predmetu a zachytávania úbytku ultrazvukovej energie na druhej strane. Ultrazvuk sa najčastejšie používa pri kontrole veľkých rotorov parných turbín, elektrických generátorov, hriadeľov, valcov valcových stolíc, výkovkov, odliatkov, zvarov, a pod. [1] 1.2 Prežarovacie metódy RTG defektoskopia Využívajú sa najmä pre kontrolu a zisťovanie vnútorných chýb zvarov a odliatkov. Princíp metódy je známy najmä z oblasti zdravotníctva, kde sa využíva pre detekciu chorobných stavov kostí a orgánov. Röntgenové žiarenie (röntgenové lúče, X lúče) je elektromagnetické žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok od 1 nanometra do 100 pikometrov. Vzniká prudkým 16

18 zabrzdením urýchlených elektrónov (brzdné žiarenie) alebo prechodom elektrónov na nižšie energetické hladiny v atóme (charakteristické žiarenie). [4] Prežarovanie umožňuje detekciu vnútorných nehomogenít materiálu pomocou interferencie neviditeľného γ-žiarenia s hmotou. Rozdielne zoslabenie intenzity žiarenia vplyvom vnútorných nehomogenít spôsobí zobrazenie diverzít na RTG film. Pri prežarovaní je potrebný prístup ku kontrolovanej časti z dvoch protiľahlých strán. Film sa fotochemický spracuje mokrou cestou, a preto treba počítať s časovou rezervou na vyvolanie a usušenie snímku a následné vyhodnotenie prežarovanej oblasti (obr.č.1). Využívané γ-žiarenie má ionizačný charakter, ide vlastne o formu rádioaktívneho žiarenia, preto pre prácu s ním platia prísne bezpečnostné predpisy a pri práci sa vo vytýčenej oblasti nesmie nachádzať žiadny personál. [4] Obr. 1 RTG snímka zvarového s poja [4] 1.3 Magnetická defektoskopia Magnetická defektoskopia využíva zmeny intenzity alebo rozptylu magnetického poľa v mieste nehomogenity (chyby alebo defekty). Metóda je vhodná pre skúšanie povrchu skúšaného materiálu alebo vrstiev ležiacich tesne pod povrchom skúšaného materiálu. Keďže metóda využíva magnetické vlastnosti materiálov, je pomocou nej možné testovať iba feromagnetické látky, t.j. železo, ocele (okrem austenitických), nikel, kobalt a gadolínium (gadolínium - Gd je kujný a ohybný kov vzácnych zemín). Princíp všetkých magnetoinduktívnych metód sa zakladá na zisťovaní rozptylu magnetického poľa v mieste defektov nachádzajúcich sa na povrchu alebo tesne pod povrchom skúšaného predmetu. [4] 17

19 Skúšaný predmet sa vystaví účinku magnetického poľa. Homogenita magnetických siločiar v objeme predmetu závisí od homogenity jeho magnetickej vodivosti. Ak sú v ceste magnetického toku nejaké prekážky, ktoré majú inú permeabilitu ako základný materiál, vzniká v mieste prekážky rozptylové magnetické pole. Magnetická defektoskopia používa prakticky dve metódy: - skúška magnetickým práškom, - indukčná metóda. Pri skúške magnetickým práškom mokrou metódou sa na povrch skúšaného materiálu nanesie suspenzia, tvorená jemne rozomletým práškom Fe 3 O 4, olejom a petrolejom. Pri pôsobení magnetického poľa sa zrniečka suspenzie Fe 3 O 4 preskupia do tvaru magnetických siločiar, ktoré sú od seba rovnako vzdialené rovnobežné priamky alebo sústredné kružnice. V mieste výskytu chyby dôjde k zhusteniu siločiar a tým k zviditeľneniu chyby v skúšanom materiáli. Poloha, veľkosť a tvar chyby však nie sú známe. Ak má byť táto kontrola dokonalá je potrebné skúšaný predmet zmagnetizovať v dvoch na seba kolmých smeroch. To sa dosiahne pomocou prístrojov, ktoré umožňujú magnetizáciu medzi pólmi tzv. pozdĺžnu a priečnu magnetizáciu. Pri indukčnej metóde sa pohybujúcou sondou (prípadne cievkou) zisťuje rozptyl magnetického poľa, ktorý vzniká nad miestom chyby. Výhodou tejto metódy je veľká citlivosť indikácie chýb. Jej nevýhodou je pomerne úzka možnosť použitia. Možno ju použiť iba na skúšanie predmetov konštantného prierezu. Na obr.č.2 je ako príklad zobrazený test súčiastky magnetickou indukčnou metódou. [4] Obr. 2 Test súčiastky Koliesko magnetickou indukčnou metódou [4] 18

20 Nevýhodou magnetických metód je, že v skúšanom predmete ostáva určitý permanentný magnetizmus, ktorý je v niektorých prípadoch nežiaduci. Tieto časti preto treba odmagnetovať, čo sa robí v demagnetizátoroch. Najčastejšie sa demagnetizuje prechodom zmagnetovaného predmetu cez otvorenú cievku napájanú striedavým prúdom. Zmenšovaním amplitúdy striedavého prúdu sa zmenšuje aj amplitúda magnetického toku a predmet sa v cievke zbavuje remanentného magnetizmu. [4] 1.4 Kapilárne metódy Kapilárne metódy využívajú principiálne vzlínavosť a zmáčavosť vhodných kvapalín (penetrantov), ktorými sa pokryje povrch skúšaných materiálov. Ako penetranty sa používajú kvapaliny s nízkym povrchovým napätím (oleje, petroleje). Detekčná kvapalina (penetrant) vzlína (vniká) do necelistvostí vychádzajúcich na skúšaný povrch. Po ukončení vnikania do chýb sa z povrchu odstráni prebytočný penetrant. Na takto vyčistený povrch sa nanesie vývojka, ktorá zabezpečí vyvzlínanie penetrantu z chyby na povrch. Takto je vytvorená na skúšanom povrchu stopa (farebná príp. florescenčná) chyby, ktorá je hodnotená vizuálne. Na obr.č.3 je povrch súčiastky po kapilárnej skúške s povrchovou chybou, ktorá je viditeľná až vďaka aplikácii detekčnej kvapaliny. [4] Obr. 3 Povrch súčiastky po skúške kapilárnou metódou [4] Kapilárne metódy sa najlepšie osvedčujú pri plošných chybách typu trhlín, studených spojov, zdvojenín a podobne. 19

21 Kapilárnymi metódami možno skúšať: - kovové materiály - austenitické ocele, farebné, ľahké kovy a ich zliatiny a iné, - nekovové materiály - plastické hmoty, glazovaná keramika, sklo a iné. Pre kapilárne metódy nie sú vhodné pórovité materiály. [4] 1.5 Metóda akustickej emisie a holografické metódy Metóda akustickej emisie patrí medzi najmodernejšie defektoskopické metódy testovania materiálov a konštrukcií. Je založená na snímaní elastického vlnenia, ktoré vzniká v dôsledku dynamických procesov objavujúcich sa v materiáli pri jeho zaťažovaní vnútornými alebo vonkajšími silami. Môže sa realizovať buď počas tlakových skúšok, alebo aj priamo pri reálnej prevádzke testovanej súčasti. Metóda akustickej emisie umožňuje sledovať kumuláciu poškodenia, priebeh plastickej deformácie, iniciáciu a šírenie trhliny, rôzne fázové transformácie, korózne deje, ale i napr. prúdenie tekutín apod. Vzniknuté vlnenie je sledované na povrchu skúšaného materiálu prostredníctvom snímačov, ktoré ju transformujú na elektrický signál. Bežné zariadenia pre metódu akustickej emisie využívajú piezoelektrické snímače pracujúce v oblasti 100 khz až do cca 2 MHz. Takto vytvorený signál je spracovávaný a vyhodnocovaný pomocou výpočtovej techniky. Metóda akustickej emisie je vhodná najmä pre netradičné materiály, kde iné metódy neprinášajú uspokojivé výsledky, ako napr. pre duplexné a austenitické ocele, zhúževnatené keramické materiály, polymérne kompozity a podobne. Akustická emisia umožňuje sledovanie defektov s citlivosťou takmer nedosiahnuteľnou inými metódami. Za dolnú hranicu veľkosti detekovanej poruchy sa obvykle považujú parametre kryštálovej mriežky skúšaného materiálu. Holografické metódy využívajú schopnosti interferencie koherentného svetelného toku s fázovo posunutým odrazom tej istej vlnovej dĺžky. Metóda využíva ako zdroj svetelnej energie laser. [4] Princíp je zobrazený na obr.č.4. 20

22 Obr. 4 Princíp holografickej metódy [4] Zväzok laserových lúčov je rozdelený tak, že jedna časť smeruje k skúmanému predmetu, od ktorého sa odráža a dopadá na fotografickú dosku, a druhá časť dopadá na fotografickú dosku priamo. Vzápätí je skúmaný predmet podrobený deformácii pôsobiacej veľmi malé zmeny na jeho povrchu a rovnakým systémom je odraz zachytený na tej istej fotografickej doske. Po vyvolaní dosky sa získa hologram s dvoma signálmi odpovedajúcimi dvom fyzikálnym stavom skúmanej súčiastky. Po rekonštrukcii hologramu možno buď kvalitatívne vizuálne alebo kvantitatívne pomocou výpočtovej techniky vyhodnotiť povrchové zmeny sledovaného predmetu a odhaliť rôzne nekvalitné spoje, vnútorné napätia, mechanické a štruktúrne vruby a únavu materiálu súčiastky. Deformácia predmetu je docielená jednoduchým ohybom, krútením, zmenou tlaku vnútornej náplne, ohrevom, vibráciou a pod. Nevýhodou holografickej metódy je, že skúšaná plocha musí byť vizuálne prístupná, inak sa metóda nedá aplikovať. [4] 1.6 Analýza chemického zloženia Pre zisťovanie chemického zloženia konštrukčných materiálov existuje celý rad spektroskopických metód. Pre kovy a ich zliatiny je najvhodnejšia atómová emisná spektrometria. Chemické zloženie sa zisťuje na povrchu skúšaného materiálu (alebo vzorky), ktorý musí byť elektricky vodivý. V princípe ide tiež o nedeštruktívnu metódu, pretože proces analýzy zanechá na testovanom povrchu iba nepatrnú stopu, ktorá môže byť problematická iba pri funkčných plochách s predpísanou malou drsnosťou alebo pri plochách, kde sú dôležité aj estetické kritériá.[4] 21

23 Medzi testovanou plochou a elektródou analyzátora horí elektrický oblúk, ktorý pohltí malú časť objemu skúšaného materiálu. Elektróny skúšaného materiálu sa dostanú vďaka energii elektrického oblúka do tzv. excitovaného stavu, t.j. vysunú sa zo svojich pôvodných valenčných vrstiev do vyšších vrstiev. Pri návrate na pôvodné vrstvy vyžiaria tieto elektróny svetelnú energiu so špecifickou vlnovou dĺžkou, ktorá je meraná spektrálnym analyzátorom. Podľa nameraných vlnových dĺžok (tzv. spektrálnych čiar) je možné zistiť percentuálny podiel chemických prvkov, vyskytujúcich sa v testovanej vzorke. Analýza chemického zloženia je východiskom pri riešení väčšiny technických a technologických problémov súvisiacich s materiálom a používa sa najmú ak: - je potrebné identifikovať a prípadne aj klasifikovať materiál podľa existujúcich materiálových noriem, - je potrebné skontrolovať, či nedošlo k zámene materiálu, - je potrebné skontrolovať kvalitu aplikácie určitej technológie (tepelné a chemicko-tepelné spracovanie, odlievanie a pod.), - je potrebné preveriť, či materiál je vhodný pre spracovanie určitou technológiou (či je zvariteľný, či sa dá tepelne spracovať a pod.). [4] 1.7 Pórovitosť a mikročistota materiálu Pórovitosť materiálov Testy pórovitosti pre priemysel sú zadefinované v podnikovej norme VW50097, podľa ktorej budú definované parametre v nasledujúcej časti. Vysvetlenie systému označenia Systém označenia sa skladá z nasledujúcich parametrov: - Triedy pórovitosti o o o o S pre komponenty zaťažované prevažne statickým namáhaním D pre komponenty zaťažované prevažne dynamickým namáhaním F pre komponenty so špecifickými požiadavkami na funkčné plochy G pre komponenty s bližšie nešpecifikovanými požiadavkami 22

24 - Pórovitosť je definovaná ako: o o maximálna prípustná pórovitosť v percentách pre triedy pórov S, D a G maximálny prípustný počet definovaných pórov na referenčnom povrchu pre triedu pórov F - Priemer o maximálny prípustný porovnávací priemer jednotlivých pórov - Ďalšia poznámka Prezentácia zápisu: (trieda pórovitosti)(pórovitosť)/[priemer]/[ďalšia poznámka]/... /[ďalšia poznámka] Skúšobné postupy Testovacia metóda závisí na špecifikáciách z výkresu. - Trieda pórovitosti S: test mikrosekcii s kvalitou povrchu Rz 25 - Trieda pórovitosti D: test na mikrosekciu metalurgických povlakov - Trieda pórovitosti F: test funkčného povrchu podľa výkresu - Trieda pórovitosti G: rádiografický test RTG žiarením Selekcia a veľkosť referenčnej plochy Pre hodnotenie dosadacej plochy je referenčná plocha vybraná v závislosti na lokálnej šírke použitého tesnenia popísaného vo výkresoch. Oblasti so špecifickou pórovitosťou sa vyhodnocujú na fotofilm, video alebo RTG systémom. Kombinácia trubíc, detektorov a/alebo filmu, radiačných parametrov a zobrazovacej jednotky, by mala vždy zaručiť kontrastné rozlíšenie aspoň 6% ožarovanej celkovej hrúbky steny telesa. RTG systém musí byť schopný detekovať pórovitosť aspoň o 15% menšiu, ako je maximálna dovolená pórovitosť zapísaná na výkrese. Ak maximálna prípustná pórovitosť nie je definovaná na výkrese, dá sa použiť nasledujúci systém vzťahov: Maximálny rozmer póru = 1mm Maximálna pórovitá oblasť = 0,8 mm 2 23

25 1.7.2 Mikročistota materiálu a inklúzie Pod pojmom mikročistota materiálu rozumieme obsah iného typu materiálu v jeho štruktúre. Inklúzie v rôznej miere ovplyvňujú mechanické a technologické vlastnosti materiálu. Ich vplyv je vždy nežiaduci. Kontrola mikročistoty východiskového materiálu je dôležitou časťou hodnotenia metalografického výbrusu. Pri určovaní mikročistoty materiálu z metalografického hľadiska je potrebnú použiť tú časť výbrusu, ktorá zachytáva priemerné znečistenie materiálu (na obr.č.5 je príklad inklúzie cudzieho materiálu v diamante), resp. nedeštruktívne presvecovanie techniky. [4] Obr. 5 Diamant s inklúziou fialovočerveného granátu [19] 24

26 2 Návrh a výroba vzoriek na snímanie 2.1 Rapid prototyping Rapid Prototyping slúži na automatizovanú výrobu fyzických modelov pomocou tzv. Pridávacích výrobných technológií. Prvé techniky pre Rapid Prototyping sa začali využívať koncom 80.rokov najmä na výrobu modelov a prototypov súčiastok. V súčasnosti sa používajú pre široké spektrum aplikácií a využívajú sa aj na výrobu finálnych súčiastok v menších množstvách. Technológie Rapid Prototyping využívajú virtuálne modely vytvorené pomocou systémov počítačom podporovaného navrhovania CAD, transformujú ich do virtuálnych tenkých horizontálnych častí a potom vytvárajú po sebe idúce vrstvy až do ukončenia výroby modelu. Využívaním prídavnej technológie výrobný stroj načítava dáta z CAD systému a následne vytvára vrstvy z kvapaliny, prášku alebo tenkého voskového materiálu a takto tvorí model z množiny prierezov. Tieto vrstvy, ktoré zodpovedajú virtuálnym prierezom CAD modelu, sa automaticky spájajú do finálnej podoby. Základnou výhodou technológií Rapid Prototyping je ich schopnosť vytvoriť takmer akýkoľvek tvar alebo geometrický útvar. [5] Využitie metód Rapid Prototyping Súčasná počítačová podpora výroby a aplikácia CA systémov je charakteristická tým, že výrobky ktoré sú pomocou nich navrhované a majú sa vo veľkej miere uplatniť na trhu, musia sa nevyhnutne vyznačovať nasledujúcimi vlastnosťami: - dostatočná funkčnosť a komplexnosť, - dostupná cena, - používateľská prístupnosť a ľahká ovládateľnosť. [5] RP technológia FusedDeposition Modeling Pri zariadeniach využívajúcich technológiu tvorby modelov pomocou usadzovania a vytvrdzovania taveniny FusedDeposition Modeling sa z vyhrievaného hrotu riadenej vytláčacej hlavy, ktorá sa pohybuje v rovine v smere osi x a osi y, vytláča vlákno z nataveného termoplastu vo forme tenkých nití na základňu 25

27 zariadenia, kde sa vytvára prvá vrstva prototypu. Nižšia teplota základne spôsobuje rýchle stuhnutie a stvrdnutie roztaveného materiálu termoplastu. V ďalšom kroku dochádza k zníženiu polohy základne o predpísanú hodnotu, čo umožní vytláčacej hlave ukladať druhú vrstvu prototypu na stuhnutú prvú vrstvu (obr.č.6). Na spevnenie a ustavenie súčiastky sa využívajú podpory z menej pevného materiálu, alebo z rovnakého materiálu, ale v perforovanom vyhotovení. [5] Obr. 6 Schéma technológie FDM [6] Ako materiál sa v týchto prototypovacích zariadeniach najčastejšie využíva ABS Acrylonitrilebutadienestyrene (štandardné, alebo zdravotne neškodné vyhotovenia), elastomer (96 durometer), polykarbonát, polyfenolsulfon a liaty vosk. [5] Technické údaje použitého RP Na výrobu vzoriek so zadefinovaným tvarom bol použitý prístroj Fortus 400 MC, nachádzajúci sa v Laboratóriu Rapid Prototyping na Katedre technológií a materiálov (tab.č.1). 26

28 Tab. 1 Technické vlastnosti použitého prístroja Fortus 400 MC [11] Použitý materiál Maximálny rozmer výrobku (XYZ) Hrúbka vrstvy Polycarbonate 355 x 254 x 254 mm 0,178mm 2.2 Laserové spekanie Selective Laser Sintering (SLS) je označenie procesu aditívnej výroby alebo 3D tlače. Technológiu vyvinuli v polovici osemdesiatych rokov vedci na texaskej univerzite v Austine, ktorí následne založili spoločnosť DTM zameranú na výrobu SLS strojov. Výrobok vzniká tavením práškového materiálu (tým môže byť napr. plast, kov, keramika alebo sklo), ktorý je po tenkých vrstvách spekaný po ploche rezov podľa digitálneho modelu vysoko výkonným laserom. Najprv je nanesená vrstva prášku v celej ploche platformy. Následne stroj tento materiál predhreje na teplotu blízku jeho bodu topenia, aby laseru umožnil využiť všetku jeho energiu ku spečeniu materiálu na ploche vytváraného modelu. Akonáhle laser ožiari príslušnú plochu, klesne staviaca platforma o hrúbku jednej stavebnej vrstvy nižšie, nanesie sa ďalšia vrstva materiálu a takto sa celý proces opakuje až do dokončenia výrobku. Výhodou tohto postupu, kedy je vytváraný model neustále obklopený zvyškovým práškovým materiálom, je eliminácia potreby dočasnej podpory (obr.č.7). [8] Obr. 7 Popis princípu SLS [13] 27

29 SLS technológia dokáže poskytnúť výrobky porovnateľných kvalít ako konvenčné výrobné metódy - na rozdiel od nich však môže z kovu, keramiky alebo ďalších materiálov vytvárať i veľmi zložité štruktúry. [8] Oxid Al 2 O 3 Korundová keramika, alebo keramika na báze Al 2 O 3 je čo do objemu výroby najrozšírenejším materiálom spomedzi oxidovej konštrukčnej keramiky. Je široko využívaná v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysokú tvrdosť, oteruvzdornosť, chemickú odolnosť (veľmi dobrá odolnosť voči kyselinám a zásadám), možnosť použitia pri vysokých teplotách. Nevýhodou je jej slabšia odolnosť voči teplotným šokom a relatívne vysoká krehkosť. Korund je lacná, ľahko vyrobiteľná keramika. Vyrábajú sa z neho zapaľovacie sviečky, elektrické izolátory a keramické substráty pre mikroobvody. Obyčajne sa vyrába lisovaním a spekaním prášku. Čistý korund je biely a s nečistotami môže byť ružový alebo zelený. Maximálna pracovná teplota sa zvyšuje s narastajúcim obsahom korundu. Korund je dobrý elektrický izolant, má vysokú mechanickú pevnosť, dobrú odolnosť voči abrázii a teplote do 1650 C, výbornú chemickú stabilitu a dobrú tepelnú vodivosť, ale limitovanú odolnosť voči tepelným rázom. Oxid chrómu sa pridáva na zvýšenie odolnosti voči abrázii, kremičitan sodný na zlepšenie spracovania. Konkurenčné materiály sú MgO, SiO 2 a bórokremičitánové sklo. [9] Vlastnosti Al 2 O 3 V súčasnosti sa na získavanie oxidu hlinitého a medziproduktu pre elektrolytickú výrobu hliníka z bauxitov používa takmer výlučne tzv. Bayerov proces. Po úprave bauxitovej suroviny nasleduje lúženie: Al 2 O 3 + 3H 2 O + 2NaOH + teplo 2NaAl(OH) 4 Železo, kremík a titán z bauxitu ostávajú v nerozpustnom podiele a oddeľujú sa usadzovaním a filtráciou ako červený kal. Vyčírený roztok hlinitanu sodného sa zriedi, ochladí na 50 až 70 C a mieša s veľkým množstvom jemných zŕn gibbsitu - Al(OH) 3. V styku so zárodkovými kryštálmi s veľkou plochou povrchu vykryštalizuje vo forme gibbsitu asi polovica hliníka z celkového množstva, ktoré roztok obsahuje. Po kalcinácii vzniká Al 2 O 3. [9] 28

30 Materiálové výhody Al 2 O 3 Korund je jedným z najdôležitejších oxidových keramických materiálov. Pri čistote 99,9%, má vynikajúce mechanické, chemické a elektrické vlastnosti, ktoré sú vhodné pre široký rozsah aplikácií. - Vysoká tvrdosť a pevnosť - Teplotná odolnosť - Vysoká odolnosť proti oteru - Odolnosť proti korózii [10] Technické údaje použitého SLS prístroja Softvér, ktorý bol navrhnutý firmou LITHOZ, začína demontážou CAD modelu na jednotlivé vrstvy. Informácie sú potom odovzdávané do stroja, ktorý stavia na diely vrstvu po vrstve. CeraFab 7500 je navrhnutý takým spôsobom, že v závislosti na požiadavkách konštrukcie, je možné vybrať hrúbku vrstvy medzi 25 µm a 100 µm. S CeraFab 7500 je možné realizovať veľmi jemnej vrstvy o hrúbke 25 µm vo veľmi dobrej kvalite. Systém môže vytvoriť 100 vrstiev za hodinu. Pri hrúbke vrstvy 50 µm je možné dosiahnuť rýchlosť budovania 5 mm/h (tab.č.2). [10] Tab. 2 Technické vlastnosti prístroja CeraFab 7500 [10] Materiál Hustota Bočné rozlíšenie Rýchlosť vytvárania Hrúbka rezu Vysoko špecializovaný oxid hliníka 3,96 g/cm 3 (99,4% T.D.) 40 μm (635 dpi) Maximálne 100 vrstiev za hodinu μm Počet pixelov (X,Y) 1920 x 1080 Maximálny rozmer výrobku (X,Y,Z) Formát dát Zdroj svetla 76 mm x 43 mm x 150 mm.stl (binary) LED 29

31 2.3 Návrh testovaných vzoriek Testované vzorky boli dimenzované v softvéri Solid Works tak, aby vyhovovali požiadavkám experimentu. Prvotné vzorky mali detekovať rozlišovaciu schopnosť použitého metrotomu. Na následne navrhované vzorky boli kladené požiadavky: - Čo najmenší obsah materiálu (ekonomické hľadisko) - Defekty vyrobiteľné na dostupnom prístroji Dizajn vzoriek pre plast Vzorky mali tvar kvádra s rozmermi 14x3,2x5mm (obr.8, obr.č.11). Obr. 8 3D model vyrobených vzoriek Defekty (valce) boli umiestnené v objeme vzorky a to všetky v jednej rovine, približne v polovici šírky vzorky (obr.9). Obr. 9 Prierez vzorkou Šírka valcov sa rovná hrúbke jednej vrstvy použitého materiálu, t.j. 0,178mm. Priemery valcov sú odlišné- od 0,1 až 1,2 mm (obr.10). 30

32 Obr. 10 Schéma us poriadania defektov vo vzorke Veľkosť priemeru poslúži ako referenčný parameter výrobného prístroja, t.z. aké najmenšie priemery valcov sú vyrobiteľné na konkrétnom dostupnom Fortus 400 MC a súčasne aj zosnímateľné Metrotomom. Tento tvar bol použitý z dôvodov: - Otestovanie vyrobiteľnosti vzorky na danom prístroji Fortus 400 MC podľa STL modelu - Porovnanie STL modelu s výstupom z Metrotomografu Následne sa vzorky zosnímajú metrotomom tak, aby bolo možné vykonať softvérové spracovanie programom VGStudio MAX. Obr. 11 Vzorky vytvorené na prístroji Rapid Prototyping 31

33 2.3.2 Dizajn vzoriek pre keramiku Tvar vzorky vytvorenej z hliníkovej keramiky sa líši od vzorky vyrobenej metódou Rapid Prototyping. Hlavným dôvodom je veľkosť vrstvy vyrobiteľnej laserovým sinterovaním príslušným prístrojom. Vzorka má tvar zrezaného ihlana (obr. 12). Na vrchole je kváder s valcom z dôvodu určenia polohy po nasnímaní. Obr. 12 Model vzorky pre keramiku Vzorka má v objeme 4 druhy defektov, ktoré sú rozmiestené po jednotlivých vrstvách (obr. 13). Vrstvy sú od seba vzájomne vzdialené 3,5mm. Miery na nasledujúcich obrázkoch sú mm. Obr. 13 Znázornenie vrstiev defektov v objeme vzorky 32

34 Na každej vrstve v objeme je namodelovaný iný typ defektov (obr.14). Na prvej vrstve A-A sa nachádzajú valce s rôznym priemerom a výškou 0,2mm. Na druhej vrstve B-B sa nachádzajú rovnostranné trojuholníky o rovnakej výške 0,2mm. Na tretej vrstve C-C sú štvorce o výške 0,2mm a na poslednej vrstve sú gule s rôznym priemerom. Obr. 14 Vrstvy defektov v objeme vzorky Dizajn vzoriek z epoxidu na testovanie inklúzií Na defektoskopiu, metódou inklúzií, boli namodelované vzorky z epoxidu a dentacrylu. Porovnaním mernej hmotnosti týchto dvoch materiálov neboli zistené markantné rozdiely. Preto pri rozhodovaní, ktorý materiál použiť, sa vybral epoxid, vďaka jeho transparentnosti. Tá umožňuje vizuálnu kontrolu inklúzií aj počas procesu vytvárania vzoriek. Dentacryl je dvojzložková metylmetakrylátová živica na odlievanie určená na technické použitie. Podľa druhu použitej tekutiny tuhne samovoľne a prechádza do hmoty podobnej organickému sklu. [16] Epoxidová živica alebo polyepoxid je živica, z chemického hľadiska polymér z trojčlenných cyklov dvomi atómami uhlíka a jedným atómom kyslíka. Vyrába sa polykondenzáciou viacsýtnych fenolov s epoxidovou skupinou. Používa sa vďaka svojej dobrej priľnavosti a tvrdosti na výrobu lepidiel a epoxidových lakov. [17] Vzorka má tvar kvádra s rozmermi 20mmx10mmx20mm (obr.č.15). Obr. 15 Schéma epoxidovej vzorky 33

35 V objeme vzorky, približne na ploche v polovici šírky, boli umiestnené inklúzie. (obr.č.16). Inklúzny materiál bol zvolený tak, aby bol rozdiel mernej hmotnosti epoxidu s materiálom čo možno najväčší, a zároveň, aby bol skúmaný rozdielny rozmer zrna (tab.č.3). Obr. 16 Znázornenie inklúzií v objeme vzorky Tab. 3 Porovnanie merných hmotností jednotlivých zložiek vzoriek Materiál Merná hmotnosť [g/cm3] Veľkosť zrna [mm] Epoxid 1,15 (základný materiál) Dentacryl 1,2 (základný materiál) Duroplast (obr.č.17) 1,3-1,4 0,6 1 Sekaný oceľový drôt (obr.č.18) Oceľový granulát (obr.č.19) Sklenené guľôčky (obr.č.20) 7 0,4-0,6 7 0,4 0,8 2,4-2,8 0,3-0,5 34

36 Obr. 17 Epoxidová vzorka s duroplastovými inklúziami Obr. 18 Epoxidová vzorka s inklúziami sekaného oceľového drôtu Obr. 19 Epoxidová vzorka s inklúziami oceľového granulátu Obr. 20 Epoxidová vzorka s inklúziami sklenených guľôčiek 35

37 3 Návrh metodiky snímania 3.1 Metrotomografia Počítačová tomografia (CT) je pojem známy najmä v oblasti medicíny. Počítačová tomografia sa však v posledných rokoch dostala aj do oblasti priemyselnej. Donedávna bolo využitie počítačovej tomografie v priemysle obmedzené väčšinou na kontrolu materiálu, z dôvodu nedostatočnej presnosti. Moderné meracie stroje zlučujúce metrológiu a tomografiu, dokážu nedeštruktívnym spôsobom snímania získať z jediného skenovania informácie o vonkajšej geometrii aj objemu súčiastky s vysokou presnosťou. Kombináciou presných polohovacích mechanizmov, odmeriavací systémov, röntgenového detektora s vysokým rozlíšením a výkonnej výpočtovej techniky je možné získať vysoko presné dáta o meranej súčiastke počas krátkej doby, a to aj bez jej porušenia. [3] Počítačová tomografia v priemysle Metrotomografia nachádza uplatnenie najmä v oblasti testovania nových výrobkov, prototypov a súčiastok, ktoré nie je možné iným spôsobom kontrolovať. Medzi hlavné oblasti využitia metrotomografie patrí : - testovanie : o kvalita spojov v zostavách o analýza pórovitosti o analýza porúch a defektov o inšpekcia materiálu - meranie vonkajších i vnútorných prvkov - reverzné inžinierstvo - porovnávanie celkovej geometrie nominálnej s aktuálnou. [3] Spôsob získavania dát Na rozdiel od medicínskych počítačových tomografov v Metrotome nerotuje snímací systém, ale otáča sa meraný objekt. Ten je polohovaný s vysokou presnosťou v troch kolmých osiach tak, aby jeho obraz zabral čo najväčšie pole v oblasti detektora, 36

38 pri dodržaní parametrov potrebných na snímanie. Počas snímania je meraný objekt natočený o 360 okolo zvislej osi a v jednotlivých krokoch (napr krokov na otáčku) sú nasnímané 2D- röntgenogramy. Všetkých 1000 röntgenogramov s rozlíšením 1024 x 1024 pixelov je počítačovo spracovaných. Röntgenové žiarenie prechádzajúce vzduchom stráca iba minimálnu intenzitu, preto je snímaný bod svetlý. Ak je v ceste žiarenia objekt z materiálu s vyššou hustotou, stráca lúč intenzitu, k detektoru sa dostane žiarenie s výrazne nižšou energiou a snímaný bod je tmavý. Kumulovaná hrúbka materiálu, ktorou musí lúč preniknúť, má tiež vplyv na znižovanie intenzity žiarenia vystupujúceho za objektom. Výstupom zo snímania a následnej rekonštrukcie je mračno bodov, tzv. voxelov (voxel = volume pixel), ktorých umiestnenie v priestore a intenzita udaná v 16 bitoch sivej farby zodpovedajú reálnym bodom v priestore súčiastky a jej okolí a ich priepustnosti. [3] Presnosť lineárneho vedenia v prípade Metrotomu sa zabezpečuje pomocou CAA (ComputerAidedAccuracy) opravy chýb. Otočný stôl, ktorý je uložený na vzduchových ložiskách, má extrémne vysoké rozlíšenie až 0,036 uhlovej sekundy. Vďaka vysoko presným komponentom a korekciu všetkých systematických chýb je možné získať maximálnu povolenú chybu merania na Metrotomu MPEE v rozmedzí ± ( 9 + L/50 ) mikrometrov, čo je v strojárskom a automobilovom priemysle často vysoko dostačujúca hranica. [3] Možnosti využitia metrotomografie Využitie Metrotomu 1500 je široké. Oproti konvenčným meracím metódam má mnoho výhod, ale aj niekoľko limitujúcich hraníc. K limitujúcim vlastnostiam patrí maximálny rozmer snímanej súčiastky, ktorí je možné premerať. Ten je 350x350x350mm, a je limitovaný výkonom zariadenia, citlivosťou a rozlíšením detektora. Ďalším limitom je materiál súčiastok, Metrotom 1500 je ideálny na snímanie plastových a hliníkových dielov. Čím väčšiu hustotu však materiál má, tým viac sa úmerne zmenšuje kumulovaná hrúbka materiálu, ktorú RTG žiarenia presvieti. Pri určitej hrúbke je však možné vyhodnocovať aj súčiastky z ocele, medi a ďalších zliatin s vysokou hustotou. Naopak značnou výhodou je kontrola v neprístupných oblastiach pre konvenčnú 3D súradnicovú meraciu techniku, či už dotykovo-optickú, kamerovú alebo laserovú. Dnes sa vyskytujúce, tvarovo veľmi zložité diely, vyrábané vstrekovaním alebo 37

39 odlievaním do viacdielnych foriem, ktoré často nie je možné kontrolovať inou metódou. Röntgenovým snímaním dostávame informáciu o celom objeme súčiastky nezávisle od jej zložitosti. [3] Výraznou výhodou metrotomografie je analýza vnútornej štruktúry a defektoskopia, keďže výstupom snímania je mračno bodov nielen povrchu, ale aj vnútra súčiastky. Mračno bodov je následne možné vyhodnocovať vo viacerých softvéroch, primárne však vo VGStudio Max a Calypso (obr.č.21). Následne virtuálne prechádzať ľubovoľným smerom bez porušenia reálnej súčiastky. [3] Obr. 21 Porovnanie používateľského prostredia softvérov Calypso a VGStudio Max [14][15] Vďaka automatickej detekcii vzduchových bublín je možné vytvoriť histogram so zoznamom všetkých bublín (lunkrov) v objeme súčiastky s popisom ich veľkosti a presných súradníc polohy. Ďalšou funkciou je kontrola zostáv. Pri zložených alebo montovaných dielov zvyčajne už nie je možné skontrolovať zostavu vo vnútorných oblastiach. V zostavách často nastávajú problémy pri montáži, kde jazýčkové spoje nezapadnú do finálnej polohy alebo elektrické kontakty nedoliehajú správne, alebo vplyvom zlého procesu zostavení dochádza k výrazným priehybom alebo ulomenie niektorých častí. Vďaka CT technológii sa dá celá zostava skontrolovať buď virtuálnymi rezy skrz mračno bodov, alebo separáciou materiálov rôznej hustoty. U dielov, ktoré sú zložené z rôznych materiálov, ako kov a plast, je možné určiť, aby plastová časť, ktorej prislúchajú body s určitým stupňom šedej farby, nebola zobrazená. Ďalšou možnosťou využitia Metrotomu je rozmerová analýza. Podľa výrobnej dokumentácie je možné vyhodnocovať dĺžkové aj uhlové rozmery, odchýlky tvaru a 38

40 polohy a orientácie v prostredí programu Calypso. Tento softvér je používaný pri všetkých zariadeniach typu CMM spoločnosti Carl ZEISS, čím sa umožňuje získať údaje pomocou jedného programu na dvoch zariadeniach. Okrem vyhodnotenia rozmerov je navyše v CT module programu Calypso možné stotožňovať nominálnej CAD model s mračnom bodov, teda modelom reálne súčiastky. Takto je možné získať rýchly pohľad na tvarové odchýlky a následne sa zamerať na identifikáciu rozmerov v konkrétnom mieste súčiastky. Táto funkcia umožňuje podať rýchlu informáciu o problémovom stave v prototypovej výrobe. Technológia metrotomografie ponúka aj ďalšie možnosti využitia, ako je napríklad reverzné inžinierstvo, teda získanie CAD modelu z reálneho objektu. Tento proces obsahuje niekoľko krokov. Prvým je nasnímaní súčiastky a transformácia na mračno bodov. Ďalším krokom je vytvorenie povrchovej siete bodov, ktorá je najčastejšie exportovaná do STL formátu. Následne je však v externom programe nutné vytvoriť z povrchových bodov elementy (napr. valec, rovinu, kužeľ, atď., resp. spline krivky), ktoré budú vo finále tvoriť CAD model. Ten je možné modifikovať a vytvoriť novú upravenú výrobnú dokumentáciu alebo technologický postup. [3] V tab.č.4 sú uvedené technické parametre konkrétneho Metrotomu Tab. 4 Technické vlastnosti Metrotomu 1500 Merací rozsah XYZ [mm] 350x 350x 350 Napätie [kv] RTG lampa Prúd [µa] Cieľový výkon [W] Max. 225 RTG detektor Rozlíšenie Veľkosť pixela[µm] Max. 1024x1024 Max. 400x Metrotom OS Metrotom OS je postavený na open source knižnicu FreeImage. Metrotom OS slúži na zapnutie / vypnutie snímania, nastavení vlastnosti snímania ako je prúd a napätie. Napätie sa dá navoliť v rozsahu 60 až 225 kv, prúd sa dá navoliť v rozsahu 0 až 1000µA. 39

41 fotodiód. Následne je potrebné zvoliť hodnotu integračného času v ms, a zosilnenie z Nastavenie parametrov samotného snímania Pred začatím samotného snímania, bol Metrotom kalibrovaný podľa príslušného kalibračného protokolu. Následne boli jednotlivé vzorky založené do polystyrénu v najvhodnejšej polohe na snímanie. Takto ukotvené vzorky boli naložené na podstavec, na ktorom bolo snímanie vykonané (obr.č.22). Obr. 22 Vlastné vzorky umiestnené v prípravku, pripravené na snímanie Nastavené parametre snímania boli zvolené tak, aby (tab.č.5): - Vzorky boli na podstavci čo možno najbližšie k vysielaču - Použitý bol čo najväčší prúd vysielača a tým sa dosiahla čím menšia veľkosť jedného voxelu. Táto veľkosť má za následok detailnejšie, resp. menej detailné rozlíšenie a výpočet následných charakteristík vzorky. 40

42 Tab. 5 Nastavované parametre snímania jednotlivých vzoriek Prúd [µa] Napätie [kv] Zosilnenie fotodiód Integračný čas [ms] Filter Veľkosť voxelu [µm] Poloha XxYxZ [mm] Sklo x ,25 150x0,65x30 Duroplast x ,21 140x0,65x30 Oceľový drôt x 2000 Cu 0,5mm 37,59 140x0,65x30 Oceľový granulát x 2000 Cu 0,5mm 37,59 140x0,65x30 V prípade oceľových inklúzií bol použitý filter Cu 0,5mm, aby sa predišlo neželaným artefaktom na výslednom zobrazení skenovania. Tieto vzorky boli umiestnené do prípravu na stojane po jednom kuse, zatiaľ čo zvyšné vzorky (s neoceľovými inklúziami) mohli byť skenované v páre, aby sa znížil čas potrebný na jednotlivé merania. 41

43 4 Softvérové spracovanie 4.1 VGStudio MAX VGStudio MAX je softvér dodávaný k zariadeniam pre priemyselnú CT analýzu a následnú vizualizáciu. Umožňuje užívateľovi spravovať získané mračno bodov (obr.č.23) a vykonať na ňom rozmerovú analýzu. VGStudio MAX je softvérový balík pre vizualizáciu a analýzu voxel dát. Používa sa v rôznych aplikačných oblastiach, ako je priemyselný CT, lekársky výskum, vedy o živej prírode, animácie a mnoho ďalších. VGStudio MAX je produkt pre vizualizáciu a analýzu dát CT v kombinácii s voliteľnými doplnkovými modulmi: - Súradnicové meranie - Porovnanie nominálnych hodnôt a aktuálnych - Analýza pórovitosti/ inklúzií - Hrúbka steny - Analýza materiálu - CAD import [2] Obr. 23 Pracovné prostredie VGStudio Max [2] 42

44 VGStudio MAX ponúka funkciu pre presné a rýchle analýzy voxel dát. Modul súradnicového merania poskytuje veľmi presné meranie povrchu o presnosti 1/10 veľkosti voxelu. Možnosť súčasne zobrazovať a analyzovať objem dát eliminuje potrebu vykonávať časovo náročné a na straty náchylné konverzie objemových dát do povrchových dát. Možnosť spracovania makrá a vytváranie animácií a povrchových modelov dopĺňa funkčnosť VGStudio MAX. Po kalibrácií dát z CT, sú následne tieto dáta okamžite k dispozícii v CAD formáte. Prezeranie a hodnotenie CT snímok je uľahčené tým, že tieto môžu byť zobrazené súbežne s osami súradníc. Každý individuálny rez vzorky možno presne zobraziť a hodnotiť na základe svojej polohy. Chyby v skutočnom komponente môžu byť ľahšie priradené a lokalizované. Je tiež možné prekryť CAD dáta z CT dátami a to ako v trojrozmernom režime tak aj v dvojrozmernom. [2] 4.2 Analýza pórovitosti/inklúzií Modul analýzy pórovitosti, resp. inklúzii ponúka rad algoritmov umožňujúcich detekciu pórovitosti/ inklúzií, ktoré majú byť umiestnené vo vnútri objektu a poskytuje podrobné informácie o týchto defektoch. 3D Modul analýzy pórovitosti/ inklúzií obsahuje niekoľko rôznych algoritmov a režimov, ktoré umožňujú nastaviť jednoúčelové parametre konkrétne a tak pozorovať póry a defekty s vysokým, resp. nízkym kontrastom- podľa potreby. Analýzou sa vypočítajú rôzne parametre, napr. vzdialenosť pórov navzájom, guľovitosť, vzdialenosť pórov od povrchu vzorky alebo užívateľsky definovaného povrchu. Táto funkcia umožňuje spustiť testovanie, ktoré pomôže technikovi posúdiť, či sa defekty nachádzajú vo vnútri, vonku alebo na povrchu objektu. Podrobné informácie o každom defekte, ako jeho objem, predpokladaná veľkosť a umiestnenie sú uvedené vo výslednej tabuľke, resp. zobrazené graficky (obr.č.24). [18] 43

45 Obr. 24 Príklad vyhodnotenia inklúzií v softvéri VGStudio Max[18] Výsledky analýzy defektoskopie môžu byť zoradené tak, aby vytvorili inšpekčnú správu (obr.č.25), prípadne vrátane automaticky generované alebo jednotlivo vybrané obrázky. Obr. 25 Inšpekčná s práva defektoskopickej analýzy 44

46 Vlastnosti: - objem, poloha, veľkosť a povrch sú určené pre každý jednotlivý defekt - farebné kódovanie pórov alebo inklúzií v závislosti na objeme - štatistické prevedenie veľkosti defektu, celkové percento pórovitosti/inklúzií a objem pórov/inklúzií - analýza celého objektu alebo iba oblastí záujmu - užívateľom definované správy z výsledkov analýzy [18] 4.3 Nastavované parametre Používateľské okno defektoskopie sa skladá z nasledujúcich častí (obr.č.26): i. Voľba algoritmu: z ponúkaných možností bol vybratý algoritmus VGDefX (v2.2). Používa sa pre variáciu a redukciu hodnoty sivej farby, detekuje defekty, ktoré sú pripojené k okolitému vzduchu. ii. iii. iv. Mód analýzy: voľba typu defektov. Šedé hodnoty Pórov sú nižšie ako okolitý materiál, zatiaľ čo šedé hodnoty Inklúzií sú vyššie ako okolitý materiál. Materiálové parametre: Voľba medzi Determinovaným povrchom a Manuálne definovaným povrchom. Parametre analýzy: a. Redukcia šumu: Je možné zvoliť režim redukcie šumu a tým filtrovať dáta. Je k dispozícii niekoľko Gausových filtrov (Nízky, Nízky adaptívny, Stredný, Stredný adaptívne, Vysoký, Vysoká adaptívne) spolu s Mediánovým filtrom. b. Kritérium pravdepodobnosti: Výber sa uskutočňuje podľa kritériá, ktoré defekty budú sledované a ich pravdepodobnosť vypočítavaná. Sú dostupné preddefinované kritériá: Všeobecné, Všeobecné (V2.2.2 a starší model), Veľkosť(celková), Dutina (pór) a Kontrast. v. Výsledkové filtre: Tieto parametre ovplyvňujú druhú fázu postupu detekcie defektov. a. Prahová hodnota pravdepodobnosti: Všetky možné defekty oblasti, ktoré prechádzajú kontrolou veľkosti, budú ďalej spracovávané v 45

47 niekoľkých fázach analýzy. Tieto etapy sa snažia rozlišovať medzi skutočnými defektmi a artefaktmi využitím algoritmov pre spracovanie obrazu. Každý zistený defekt je označený hodnotou udávajúcou pravdepodobnosť, či sa jedná o skutočný defekt. Určením prahu pravdepodobnosti sa zahrnú do zoznamu iba defekty prevyšujúce túto prahovú hodnotu. b. Minimálna/ maximálna veľkosť: Špecifikuje sa minimálna a maximálna veľkosť defektu, pričom sa môže definovať, či sa veľkosť vzťahuje k Objemu, Polomeru alebo Priemeru defektu. Vzhľadom na povahu CT údajov, hodnota min. veľkosti by nemala byť menšia ako 8 voxelov (tj. oblasť o 2x2x2 voxel). Obr. 26 Používateľské rozhranie defektoskopickej analýzy, program VGStudio Max 46

48 5 Vyhodnotenie 5.1 Vzorky získané metódou Rapid Prototyping z plastu Vzorka podľa modelu (obr.6) bola vyhotovená v Laboratóriu Rapid Prototyping na Katedre technológií a materiálov. Výsledný kus bol zosnímaný Metrotomom 1500 (obr.27). Obr. 27 Vzorka zosnímaná Metrotomom 1500 Výsledný obraz po zosnímaní ukázal možný problém s hustotou a plnosťou vyrobených vzoriek. Preto boli vykonané doplnkové merania so vzorkami bez pórov- aby sa určilo či daný postup výroby je vhodný alebo nie (obr.č.28). Obr. 28 Vzorky vytvorené technológiou Rapid Prototyping bez namodelovaných pórov 47

49 Vzhľadom k tomu boli namodelované 3 vzorky s rozdielnymi rozmermi, no boli použité iné stratégie výroby s interným pomenovaním D, M a 04. Po zosnímaní (obr. 29,30,31) bol úplne vylúčený Rapid Prototyping ako spôsob výroby vzoriek na testovanie. Ako je možné vidieť na obrázkoch, vrstva materiálu, ktorý bol tryskou postupne ukladaný, nevypĺňa vrstvu na 100%. Tým vznikajú defekty, ktoré by mohli skresľovať výsledky testov. Obr. 29 Stratégia výroby D Obr. 30 Stratégia výroby M 48

50 Obr. 31 Stratégia výroby Vzorky získané metódou laserovým sinterovaním z keramiky Jedným zo spôsobov vytvorenia pórov je použitie laserového sinterovania. Na vzorkách vyrobených z titanu Ti64 na zariadení EOS 280 bolo možné identifikovať navrhnuté póry. Vzhľadom na technológiu výroby boli vyplnené nespečeným titanovým práškom, ktorý ma nižšiu hustotu ako sinterovaný materiál. Problémom bola hustota materiálu, ktorá obmedzovala využitie vzoriek pre praktické vyhodnocovanie. Riešením je výroba vzorky z materiálu s nižšou hustotou napr. keramika. Výrobu namodelovaných vzoriek, však nebolo možné realizovať z dôvodu neodladenej technológii a potrebnému finálnemu spekaniu. 5.3 Vzorky z epoxidu na testovanie inklúzií Vzorky s inklúziami boli podrobené snímaniu a následnej defektoskopickej analýze. Zmenou niektorých nastavení sa dosiahol rozdielny výsledok v inšpekčnej správe, pričom zvyšné parametre boli pre všetky kombinácie totožné a to: - Voľba algoritmu- VGDefX (v2.2) - Mód analýzy- Inklúzie - Materiálové parametre- Determinovaný povrch - Prahová hodnota pravdepodobnosti- hodnota 1 a vyššie - Minimálna/ maximálna veľkosť- min=0,3mm, max=3,0mm 49

51 Kombinácie vznikali tak, že sa párovali tieto parametre: - Redukcia šumu o o Nízky filter Vysoký filter o Mediánový filter - Kritérium pravdepodobnosti o Všeobecné o Veľkosť (celková) o Dutina (pór) o Kontrast. Týmto kombinovaním vzniklo 12 párov, ktorých výsledky sa medzi sebou porovnávali (tab.č.6). Tieto parametre dolaďujú finálny výsledok tak, aby čo najlepšie odpovedal na konkrétny prípad z praxe. Tab. 6 Legenda pre nadchádzajúce grafy porovnaní parametrov Poradové číslo Redukcia šumu Kombinácia parametrov Kritérium pravdepodobnosti Používaná skratka 1 Nízky filter Kontrast LC 2 Nízky filter Všeobecné LG 3 Nízky filter Dutina LP 4 Nízky filter Veľkosť LS 5 Vysoký filter Kontrast HC 6 Vysoký filter Všeobecné HG 7 Vysoký filter Dutina HP 8 Vysoký filter Veľkosť HS 9 Mediánový filter Kontrast MC 50

52 10 Mediánový filter Všeobecné MG 11 Mediánový filter Dutina MP 12 Mediánový filter Veľkosť MS Spracovanie surových výsledkov defektoskopie Dáta boli spracované v programe Microsoft Excel a Statistica (kompletné tabuľky sa nachádzajú v prílohe). Ako prvé sa porovnávali pravdepodobnosti (či daný bod je naozaj inklúziou) jednotlivých kombinácií (obr.č.32-35). Z týchto grafov vyplýva nasledujúce informácie: - Maximálna hodnota pravdepodobnosti je pre každý filter rozdielna, avšak pre kritérium pravdepodobnosti jednej vzorky sú hodnoty podobné - Veľký rozptyl minimálnej na maximálnej hodnoty pravdepodobnosti výskytu inklúzie môže poslúžiť pri presnom oddelení falošne potvrdených inklúzií od tých pravdivo potvrdených - Počet hodnôt (N) je pre jednotlivé kritéria pravdepodobnosti veľmi rozdielny, zatiaľ čo pri zmene filtra redukcie šumu nedochádza k zmene veľkosti súboru dát. - Voči skutočnému počtu inklúzií v jednotlivých vzorkách, počet vypísaných možných výsledkov je v niektorých prípadoch extrémne zveličený, a naopak v niektorých prípadoch extrémne nízky. Tabuľky 7 až 10 uvádzajú základnú popisnú štatistiku pre jednotlivé typy vzoriek vzhľadom ku kombinácií nastavení. Pre každú vzorku sú vypočítané a/alebo uvedené tieto štatistické charakteristiky: - Priemer - Medián - Modus 51

53 - Početnosť modulu - Minimum a maximum - Variačné rozpätie hodnôt - Smerodajná odchýlka Tab. 7 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,3-0,5mm Tab. 8 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,4-0,6 Tab. 9 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,4-0,8mm 52

54 Tab. 10 Popisné štatistiky vzorky s inklúziou o veľkosti 0,6-1mm Ako je možné vidieť v predchádzajúcich tabuľkách, hodnoty štatistických charakteristík sa menia v závislosti od veľkosti zrna inklúzie. V prípade tabuľky č.7 je posledná pravdepodobnosť nevypočítaná, keďže dáta tejto kombinácii boli natoľko veľké, že nebolo možné ich softvérovo spracovať. V tabuľke č.10 bola kombináciou použitia mediánového filtra a kontrastného kritéria pravdepodobnosti získaná iba jedna hodnota, preto nebolo možné vyrátať rozptyl ani smerodajnú odchýlku. 53

55 Hodnoty Pravdepodobnosti SjF Sklenené guľočky 901,00 851,00 801,00 751,00 701,00 651,00 601,00 551,00 501,00 451,00 401,00 351,00 301,00 251,00 201,00 151,00 101,00 51,00 1, Poradové číslo skupiny Obr. 32 Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,3-0,5 mm 54

56 Hodnoty Pravdepodobnosti SjF Sekaný oceľový drôt 751,00 726,00 701,00 676,00 651,00 626,00 601,00 576,00 551,00 526,00 501,00 476,00 451,00 426,00 401,00 376,00 351,00 326,00 301,00 276,00 251,00 226,00 201,00 176,00 151,00 126,00 101,00 76,00 51,00 26,00 1, Poradové číslo skupiny Obr. 33 Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,4-0,6 mm 55

57 Hodnota Pravdepodobnosti SjF Oceľový granulát 1601, , , ,00 801,00 601,00 401,00 201,00 1, Poradové číslo skupiny Obr. 34 Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,4-0,8 mm 56

58 Hodnoty Pravdepodobnosti SjF Duroplast 23,00 21,00 19,00 17,00 15,00 13,00 11,00 9,00 7,00 5,00 3,00 1, Poradové číslo skupiny Obr. 35 Porovnanie kombinácií parametrov pre vzorku s inklúziami veľkosti 0,6-1mm 57

59 Ako ďalšia štatistická charakteristika bola vyhodnocovaná korelácia medzi výstupnými parametrami inšpekčnej správy pre jednotlivé vzorky a jednotlivé kombinácie parametrov: - Hodnota pravdepodobnosti - Priemer - Objem - Veľkosť voxelu - Veľkosť povrchu Obrázok č.38 slúži ako názorný príklad jedného konkrétneho grafu pre kombináciu: - Vzorka s inklúziami veľkosti 0,3-0,5mm - Redukcia šumu: Vysoká - Kritérium pravdepodobnosti: Kontrast Probability Korelace (sklo_porozita_1_redukcia_high_pravdepodobnost_contrast 5s*28ř) Diameter [mm] Volume [mm3] Voxel Surface [mm2] Obr. 36 Graf korelácie medzi výstupnými parametrami inšpekčnej s právy 58

60 Ako vidieť z tohto grafu, aproximácia medzi jednotlivými parametrami nie sú jasne lineárne. Hodnota korelácie medzi nimi sa pohybuje v celom rozsahu- od prakticky žiadnej korelácie r=±0,01 až ±0,29, až po veľmi tesnú koreláciu r=±0,90 až ±0,99. Avšak pre každú kombináciu je zjavná tesná korelácia medzi parametrami Objem s Veľkosťou voxelu. Zvyšné kombinácie parametrov a vzoriek sa nachádzajú v prílohe Spracovanie upravených výsledkov defektoskopie Po získaní finálnych inšpekčných správ bolo pozorované falošné potvrdenie inklúzie, resp. nesprávne označenie miesta bez inklúzie ako inklúziu materiálu. Preto bolo potrebné zo získaných dát tieto falošné potvrdenia vylúčiť. Následne sa stanovil podiel pravdivo potvrdených a falošne potvrdených inklúzií, ktorý podal informáciu o relevantnosti či vierohodnosti danej kombinácií nastavení. Obr. 37 Vizuálne porovnanie rôznych kritérií pravdepodobnosti pri rovnakom filtri redukcii šumu na jednej vzorke (1-Vzorka pred analýzou defektoskopie, 2-HC, 3-HG, 4-HP,5-HS ) Na základe vizuálnej kontroly je možné prehlásiť, že kombinácia nastaviteľných parametrov Kritérium pravdepodobnosti Veľkosť so všetkými Redukciami šumu nie je 59

61 vhodná pre tento typ analýzy defektoskopie. Ako je zreteľne vidieť na poslednom segmente obrázku č.36.,namiesto možných inklúzií softvér detekovať falošne pozitívne výsledky a úplne vylúčil správne riešenia. Obr. 38 Vizuálne porovnanie rôznych filtrov redukcii šumu pri rovnakých kritériách pravdepodobnosti jednej vzorky (1-Vzorka pred analýzou defektoskopie, 2-HC, 3-LC, 4- MC) Vizuálnym porovnaním vzoriek s rôznymi redukciami šumu bolo preukázané (obr.č.37), že táto funkcia má pre tento typ analýzy inklúzií iba minimálny, či takmer zanedbateľný podiel pri výpočte pravdepodobnosti správneho odhalenia inklúzií. Pri porovnaní počtu detekovaných prípadov so skutočným počtom inklúzií a následne správne potvrdenými prípadmi, je možné vidieť, že zadávaný parameter Prahovej hodnoty pravdepodobnosti v používateľskom rozhraní je špecifický pre každú kombináciu parametrov zvlášť. Tým pádom nie je možné zadefinovať, resp. odporučiť univerzálnu hodnotu Prahovej hodnoty pravdepodobnosti pre každé meranie takéhoto typu (tab.č.11, obr.č.39, 40, 41,42). Zadefinovanie tejto hodnoty závisí od skúseností a znalostí obsluhujúceho technického personálu. 60

62 Tab. 11 Zdrojová tabuľka údajov pre histogramy č 38 až 41 61

63 Hodnoty Pravdepodobnosti Hodnoty Pravdepodobnosti SjF 0,3-0,5mm HC HG HP HS LC LG LP LS MC MG MP MS Kombinácie nastavení Nájdené prípady Pravdivo potvrdené prípady Skutočný počet inklúzií Obr. 39 Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení 0,4-0,6mm HC HG HP HS LC LG LP LS MC MG MP MS Kombinácie nastavení Nájdené prípady Pravdivo potvrdené prípady Skutočný počet inklúzií Obr. 40 Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení 62

64 Hodnoty pravdepodobnosti Hodnoty Pravdepodobnosti SjF 0,4-0,8mm HC HG HP HS LC LG LP LS MC MG MP MS Kombinácie nastavení Nájdené prípady Pravdivo potvrdené prípady Skutočný počet inklúzií Obr. 41 Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení 0,6-1mm HC HG HP HS LC LG LP LS MC MG MP MS Kombinácie nastavení Nájdené prípady Pravdivo potvrdené prípady Skutočný počet inklúzií Obr. 42 Histogram pre hodnoty pravdepodobnosti vzorky po odstránení falošných potvrdení 63