(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THÀNH DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT LINH HOẠT NHẰM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THÀNH DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT LINH HOẠT NHẰM KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THÀNH DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT LINH HOẠT NHẰM KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS-TS LÊ CHÍ CƢƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: PHAN THÀNH DUY Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02 tháng 10 năm 1987 Nơi sinh: Ninh Thuận Quê quán: Phƣớc Sơn – Ninh Phƣớc – Ninh Thuận Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: : Ninh Quý-Phƣớc Sơn–Ninh Phƣớc–Ninh Thuận Điện thoại quan Điện thoại: 0977665571 Fax: E-mail: phanthanhduy87@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 08/2006 đến 08/ 2008 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Tp.HCM Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 08/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 2013 Ngƣời hƣớng dẫn: Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 05 / 2014 đến 05 / 2016 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 22 /4/2017 Trƣờng ĐHSPKT.TpHCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS TS Lê Chí Cƣơng Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Tại (trƣờng, viện, nƣớc): i Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu) Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 06/2013 đến Công Ty TNHH – TM – DV Minh Sáng Kỹ sƣ dự án Trƣờng Đại Học Công Nghệ Đồng Nai Giảng viên 08/2016 08/2016 đến Ngày tháng năm 2017 Ngƣời khai ký tên Phan Thành Duy ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 HỌC VIÊN Phan Thành Duy iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống”, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ quý thầy cô, công ty, bạn bè gia đình, Vậy tơi: Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS Lê Chí Cƣơng, dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt kiến thức khoa học quý báu, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên trình thực luận văn Xin cảm ơn anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc công ty TNHH Giải pháp kiểm định Việt (Visco) nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Xin cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng ĐHSPKT TP HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tảng, chuyên môn cho thời gian học tập trƣờng Xin cảm ơn anh Nguyễn Tấn Phùng nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Xin cảm ơn anh Huỳnh Trọng Đức - Giám đốc cơng ty TNHH Cơ Khí Biên Hịa nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thành viên gia đình, ba mẹ, anh chị em tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên giúp tơi hồn thành khóa học Xin chân thành cảm ơn! iv MỤC LỤC Quyết định giao đề tài LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v SUMMARY vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xii DANH SÁCH CÁC HÌNH .xii DANH SÁCH BẢNG .xvii Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.3.2 Tính thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.5 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu đề tài 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.6.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 1.6.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 1.6.2.1 Phƣơng pháp phân tích lý thuyết 1.6.2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 1.7 Kết cấu luận văn Chƣơng TỔNG QUAN 2.1 Ống dẫn vii 2.1.1 Phân loại ống thép Quy trình sản xuất ống thép đúc Quy trình sản xuất ống thép hàn Quy trình sản xuất ống thép hàn loại lớn Vật liệu chế tạo ống: 10 2.1.2 Các dự án nƣớc sử dụng đƣờng ống thép 11 2.2 Khuyết tật ăn mòn 15 2.2.1 Định nghĩa ăn mòn 15 2.2.2 Phân loại ăn mòn 15 2.2.3 Phân loại mức độ chịu ăn mòn vật liệu 15 2.2.4 Các dạng ăn mòn 16 2.2.4.1 Ăn mòn 16 2.2.4.2 Ăn mòn cục 16 2.2.4.3 Ăn mòn lỗ (ăn mòn điểm - Pitting Corrosion) 17 2.2.4.4 Một số dạng ăn mòn khác 17 2.3 Kiểm tra mòn 19 2.4 Khuyết tật hàn 21 2.4.1 Định nghĩa 21 2.4.2 Các loại khuyết tật hàn 21 2.4.2.1 Nứt 21 2.4.2.2 Rỗ khí 23 2.4.2.3 Ngậm xỉ 24 2.4.2.4 Không ngấu 24 2.4.2.5 Chảy loảng 25 2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 25 2.5.1 Các nghiên cứu nƣớc 25 2.5.1.1 Robot MINI Climber IMC (International Climbing Machines) 25 2.5.1.2 Robot leo tƣờng đai học Dalhouse 26 2.5.1.3 Robot ScoRpion B-Scan 27 2.5.1.4 Robot RMS2 28 2.5.1.5 TriPod công ty Jireh 29 viii 2.5.2 Các nghiên cứu nƣớc 30 2.6 Các vấn đề tồn định hƣớng nghiên cứu 34 Chƣơng 35 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 3.1 Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy 35 3.1.1 Kiểm tra thị giác quang học 35 3.1.2 Kiểm tra chất lỏng thẩm thấu (Penetrant Testing - PT) 36 3.1.3 Phƣơng pháp kiểm tra chụp ảnh xạ 37 3.1.4 Kiểm tra bột từ 38 3.1.5 Kiểm tra truyền âm 40 3.1.6 Phƣơng pháp kiểm tra dịng điện xốy 40 3.1.7 Kiểm tra siêu âm 41 3.1.8 Siêu âm Phased Array (PA) 43 3.1.8.1 Thành phần hệ thống phased array 44 3.1.8.2 Đầu dò 45 3.1.8.3 Nêm đầu dò Phased array 47 3.1.8.4 Sự hình thành điều khiển chùm tia 49 3.1.8.5 Quét chùm tia 50 3.1.8.6 Cơ sở hình ảnh phased array 51 3.1.8.7 Một số thiết bị siêu âm phased array kiểm tra độ mòn 55 Chƣơng 60 YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 60 4.1 Phân tích đối tƣợng thiết kế 60 4.1.1 Thông số thiết kế 60 4.2 Phƣơng án thiết kế 63 4.2.1 Đề xuất phƣơng án bám dính 63 4.2.1.1 Phƣơng án - Giác hút chân không 63 4.2.1.2 Phƣơng án - Nam châm vĩnh cửu 63 4.2.1.3 Phƣơng án - Nam châm điện 64 4.2.1.4 So sánh phƣơng án lựa chọn 65 4.2.2 Đề xuất kết cấu cấu mang đầu dò 66 ix Hình 23: Robot hoạt động kiểm tra chất lƣợng mối hàn thép 6.2.2.1 Kết đo - Robot phát đƣợc khuyết tật không ngấu chân h=28 khuyết tật không ngấu vách dƣới bề mặt -> mm Hình 24: Kết đo hiển thị máy MX2 95 Hình 25: Kết đo phát khuyết tật khơng ngấu chân h = 28 mm Hình 26: Kết đo khuyết tật không ngấu vách dƣới bề mặt -> mm 96 6.3 Giao diện điều khiển - Tải cài đặt phần mềm BlueSPP điều khiển vào điện thoại Android 4.xx từ GooglePlay Hình 27: Tải ứng dụng BlueSPP từ googleplay Biểu tƣợng ứng dụng BlueSPP cài đặt thành cơng Hình 28: Biểu tƣợng ứng dụng BlueSPP điện thoại 97 - Bật Bluetooth on Hình 29: Thiết lập chế độ on Bluetooth - Mở ứng dụng BlueSPP - Kết nối tín hiệu từ thiết bị Bluetooth ABCDE12345 robot - Khi kết nối thiết bị thành công, đèn bluetooth robot sáng Hình 30: Kết nối địa Mac Bluetooth 98 Mở gán lệnh đặt tên cho Keyboord Hình 31: Gán lệnh đặt tên cho nút điều khiển Các button chức nhƣ tiến, lùi, xoay trái (ngƣợc chiều kim đồng hồ, xoay phải chỗ chiều kim đồng hồ, dừng hệ thống phím off Các nút hoạt động nhấn phím on 99 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu luận văn hoàn thành với nội dung nhƣ sau: - Khảo sát thực trạng đƣờng ống nƣớc ta - Tìm hiểu khuyết tật thƣờng gặp ống thép nhƣ ăn mòn, biến dạng,… - Tìm hiểu kỹ thuật siêu âm tổ hợp pha ứng dụng để phát khuyết tật ăn mòn - Giá thành chế tạo thiết bị có giá dƣới 10 triệu đồng rẻ thiết bị nhập từ nƣớc ngồi - Chế tạo thử nghiệm thành cơng robot kiểm tra mòn đƣa vào thử nghiệm cho kết quả:  Lục hút nam châm F= 240 N đạt yêu cầu bám dính, cơng suất động đạt u cầu 21W đến 78W có tải  Vận tốc robot mang đầu siêu âm đạt từ 25 – 100 mm/s thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đƣa  Rotbot vận hành dễ dàng, nhỏ gọn, linh hoạt di chuyển vị trí mặt ngồi ống  Robot tạo điều kiện thuận lợi trình kiểm tra khuyết tật, cần công nhân vận hành máy đo  Cơ cấu mang đầu dị siêu âm có khả linh hoạt cao  Thiết bị vận hành cho kết nhanh chóng so với thực tay 7.2 Kiến nghị Do thời gian thực đề tài khả kinh phí có hạn nên ngồi kết đạt đƣợc xin đề xuất số ý kiến sau giúp phát triển hoàn thiện đề tài nữa: Nghiên cứu thiêt kế cấu mang dầu dị siêu âm có khả qt kiểm tra diện tích rộng 100 Nghiên cứu tích hợp thêm đầu dị gắn robot để thực kiểm tra mối hàn xoắn ống Cần triển khai thử nghiệm, hoàn chỉnh thiết kế điều khiển thiết bị nhằm tiến tới chế tạo thiết bị công nghiệp để đáp ứng nhu cầu thực tiễn Đề tài giới hạn chế tạo thiết bị linh hoặt kiểm tra chất lƣợng bề mặt ống ống đặt vị trí cao Vì cần phải tiến hành nghiên cứu để thiết kế chế tạo thiết bị linh hoạt kiểm tra lịng ống ống chìm dƣới mặt đất 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Trịnh Xuân Sén, Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2006 [2] Th.s Bạch Đơng Phong, hồn thiện việc ứng dụng phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy trƣờng phục vụ kiểm định chất lƣợng mối hàn lớp phủ bề mặt cho cơng trình sở hạ tầng ngành lƣợng, khí đóng tàu khai khống, mã số: 01DT-09, quan chủ quan : công thƣơng, quan chủ trì: viện khí lƣợng mỏ - Vinacomin, Hà nội tháng 12-2010 [3] Nguyễn Văn Hùng, Nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp siêu âm kiểm tra khuyết tật vật liệu kim loại, tạp chí khoa học DHSP TPHCM, số 36 năm 2012 [4] Tiêu chuẩn xây dựng việt nam ( TCXDVN 314: 2005), Hàn kim loại - thuật ngữ định nghĩa, Hà Nội – 2005 [5] Nguyễn Thanh Sơn, kiểm tra không phá hủy, link www.vinamain.com TIẾNG ANH [6] Michael Noel, Brian Brown, William Matheson, Gavin Mills, Supervisor: Dr Alex Kalamkarov, wall climbing robot, 2006 (http://poisson.me.dal.ca/~dp0510/index.html) [7] Phased array testing basic theory for industrial application [ 8] Advances in Phased Array ultrasonic technology applications [9] John Bird, Higher Engineering Mathematics (Seventh Edition), Routledge, 2014 Nguồn khác [10] http://www.slideshare.net/luuguxd/n-b-cha [11] http://www.parstechnic.com/storage_tanks.html [12] http://ndep.nv.gov/bffwp/golconda_photos.htm [13] http://www.cstindustries.com/resources/ [14] http://xangdau.net/tin-tuc/tin-trong-nuoc/den-dung-quat-xem-loc-dau1641.html [15] http://mipecorp.com.vn/vi/gioithieu/khocang-hethongphanphoi/ 102 [16] http://www.hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/hoa-hoc-nhatruong/715-30122010.html [17] http://www.weldcom.vn/nv77/cac-loai-khuyet-tat-han-va-cach-phongtranh.html [18]http://visual.merriam-webster.com/energy/geothermalfossilenergy/oil/tanks_1.php [19] http://www.silverwingndt.com/ultrasonic-testing/scorpion-remote-ut-thicknessmeasurements [20] http://vimeopro.com/ jireh/products/ video/23269474,truy xuất 2/6/2014 [21] http://offshorevn.com/showthread.php?617-Giao-trinh-duong-ong-be-chua [22] http://www.silverwingndt.com/ultrasonic-testing/rms2-aut-corrosion-mapping [23] http://www.baomoi.com/Sinh-vien-che-xe-lan-dieu-khien-bang-dau-robot-leotuong/53/12445092.epi [24] http://lhu.edu.vn/117/17603/ [25] http://visco.com.vn/cong-nghe/sieu-am-phased-array/Gioi-thieu-cong-nghesieu-am-phased-array 213 [26] http://www.ndt.net/article/mendt03/41/41.htm [27] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ultrasonic_pipeline_test.jpg [28] http://www.ktktna.edu.vn/cong-nghe-lam-va-han-ong-thep-5580.html [29] http://sencosteel.com.vn [30] http://thepcongnghiep.vn [31] http://www.dankythuat.vn/quy-trinh-san-xuat-ong-thep-co-lon.t31/ [32] http://pecc2.com/MFE/ShowPage.aspx?pageCode=TD [33] www.oscvn.com [34] hshop.vn/products 103 PHỤ LỤC CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT #include #define EA 10 #define DirA 12 #define EB 11 #define DirB 13 #define thuan LOW #define nguoc HIGH //khai bao bien String inputString = ""; // a string to hold incoming data boolean stringComplete = false; // whetdher the string is complete// boolean trangthai = false; int pos1 = 0, pos2 = 0, pos3 = 0; void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(115200); inputString.reserve(30); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); pinMode(12, OUTPUT); pinMode(13, OUTPUT); } void tien(){ digitalWrite(DirA, thuan); digitalWrite(DirB, thuan); digitalWrite(EA, HIGH); digitalWrite(EB, HIGH); } void lui(){ digitalWrite(DirA, nguoc); digitalWrite(DirB, nguoc); digitalWrite(EA, HIGH); digitalWrite(EB, HIGH); } void trai(){ digitalWrite(DirA, nguoc); digitalWrite(DirB, thuan); digitalWrite(EA, HIGH); digitalWrite(EB, HIGH); } void phai(){ digitalWrite(DirA, thuan); digitalWrite(DirB, nguoc); digitalWrite(EA, HIGH); digitalWrite(EB, HIGH); 104 } void dung(){ digitalWrite(EA, LOW); digitalWrite(EB, LOW); } void loop() { if ( Serial.available()) { char ch = Serial.read(); switch(ch) { case 'a': trangthai=true; Serial.println("Bat dau "); break; case 'b': trangthai=false; dung(); Serial.println("Dung "); break; case 'c': if(trangthai==true) { tien(); Serial.println("Tien "); } break; case 'd': if(trangthai==true) { lui(); Serial.println("Lui "); } break; case 'e': if(trangthai==true) { trai(); Serial.println("Trai"); } break; case 'f': if(trangthai==true) { phai(); Serial.println("Phai"); } break; } } 105 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 106 107 108 S K L 0 ... Chƣa có thiết bị kiểm tra ống linh hoạt Chính đề tài: "Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống" học viên lựa chọn có tính cấp thiết khả ứng dụng... chất lƣợng ống hoạt động quan trọng cấp thiết Từ hạn chế tồn nêu trên, đề tài: ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống " trở nên cấp thiết Đề... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THÀNH DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT LINH HOẠT NHẰM KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT ỐNG