2.7. Giới thiệu phƣơng pháp đo chiều dày lớp phủ bề mặt
Lớp phủ bề mặt có một vai trị hết sức quan trọng trong các chi tiết cần được bảo vệ cũng như các cơng trình xây dựng hiện nay. Ưu điểm của lớp phủ là cải thiện đáng kể tính thẩm mỹ của cơng trình và đặc biệt là khả năng bảo vệ chống các tác động xâm thực từ bên ngoài nhằm nâng cao độ bền của các vật liệu: Ví dụ như sơn có thể chống thấm, ẩm, rêu mốc cho tường, gỗ, chống ăn mòn cho các kết cấu sắt thép… Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nhiều dự án lớn nhỏ ở Việt Nam thì các hãng sơn như Nippon, ICL, Kova, Tổng hợp…hàng năm đã cung
cấp cho thị trường khối lượng rất lớn. Việc sử dụng rộng rãi các loại sơn phủ cho các cơng trình địi hỏi vấn đề kiểm tra chất lượng sơn phủ cần phải được quan tâm nhiều hơn. Đã có nhiều đề tài khoa học, tiêu chuẩn, quy phạm, chỉ dẫn kỹ thuật liên quan đến sơn phủ nhằm mục đích nâng cao chất lượng.
Xác định chiều dày màng sơn phủ là một trong những chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng để đánh giá chất lượng sơn phủ. Hầu hết các chỉ tiêu kỹ thuật của lớp sơn phủ đều quan hệ mật thiết đến chiều dày màng sơn. Các bộ tiêu chuẩn lớn trên thế giới như ISO, ASTM, DIN đều đã có tiêu chuẩn xác định chiều dày màng sơn. Trong số các phương pháp xác định chiều dày màng sơn phủ, phương pháp kiểm tra không phá hủy sử dụng thiết bị đo từ trường, siêu âm được nhiều nước lựa chọn áp dụng do có ưu điểm, màng sơn phủ khơng bị phá hủy, dễ sử dụng, cho kết quả nhanh và có độ chính xác cao. Phương pháp kiểm tra khơng phá hủy xác định chiều dày lớp sơn phủ bằng thiết bị đo từ trường hoặc thiết bị đo siêu âm.
a. Thiết bị đo từ trƣờng
Thiết bị đo từ trường có hai loại đầu đo: Đầu đo cảm ứng từ (Hình 2.10) và đầu đo dịng điện xốy (Hình 2.11). Đầu đo cảm ứng từ hoạt động theo nguyên lý cảm ứng từ, khi tiến hành đo tại đầu đo xuất hiện dòng cảm ứng giữa cuộn cảm ứng và cuộn đo, dòng cảm ứng này bị ảnh hưởng bởi chiều dày của lớp sơn phủ trên nền có từ tính. Chiều dày lớp sơn phủ tăng thì cường độ dịng đo được giảm, nhờ đó bộ phận xử lý tín hiệu tự động của thiết bị đo sẽ tính ra được chiều dày màng sơn phủ. Đầu đo dịng điện xốy hoạt động theo ngun lý dịng điện xốy, khi tiến hành đo tại đầu đo xuất hiện một trường điện từ tần số cao bị cảm ứng vào lớp nền kim loại không sắt tạo ra một dịng điện xốy mà độ lớn của nó bị ảnh hưởng bởi chiều dày của lớp sơn phủ. Đầu đo của thiết bị thu được cường độ dịng điện xốy phản hồi về truyền tới bộ phận xử lý tín hiệu tự động của thiết bị đo để tính ra chiều dày lớp phủ.
Hình 2.11 – Đầu đo dịng điện xốy
b. Thiết bị đo siêu âm hoạt động theo nguyên lý phản xạ sóng siêu âm
Khi đầu đo truyền các sóng siêu âm qua lớp sơn phủ đến lớp nền, chúng bị phản xạ lại bởi các bề mặt khác nhau và truyền tới bộ chuyển đổi trong đầu đo. Khoảng thời gian sóng siêu âm truyền đi và phản xạ lại sẽ tỷ lệ thuận với chiều dày lớp sơn phủ, nhờ đó bộ phận xử lý tín hiệu tự động của thiết bị đo có thể tính ra chiều dày lớp phủ. (Hình 2.12)
Hình 2.12 – Thiết bị đo siêu âm
Chọn thiết bị và đầu đo phù hợp với loại màng sơn phủ và loại nền, Bề mặt gồ ghề, nhám ảnh hưởng rõ rệt đến kết quả đo. Do vât bề mặt kiểm tra phải nhẵn, sạch. Dùng các tấm chuẩn để hiểu chuẩn thiết bị. Chọn tấm chuẩn để chuẩn bị sơ bộ thiết bị có chiều dày gần với chiều dày dự kiến của lớp phủ kiểm tra. Hình 2.13 mơ tả q trình đo chiều dày lớp sơn bằng thiết bị đo từ trường
CHƢƠNG III. NGUYÊN LÝ STEREO IMAGING
Chương này bao gồm các kiến thức cơ bản về hình ảnh ba chiều và cách sử dụng chiều sâu của các ảnh. Hình ảnh được xác định bởi camera hai chiều khơng có chiều sâu. Tuy nhiên trong nhiều hệ thống ta cần thơng tin về chiều sâu. Ví dụ như bản đồ tự động, mắt robot và theo dõi mục tiêu…
Đối với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày nay, khi tất cả các chi tiết ngày càng máy móc tinh vi và nhỏ bé, các ứng dụng của 3D là giải pháp tối ưu nhất cho việc sản xuất các máy móc. Để giúp bạn hiểu về tầm nhìn 3D và sử dụng videoscope cho tầm nhìn 3D, trong nghiên cứu này có một số câu hỏi sẽ được giải quyết:
Tầm nhìn 3D là gì? Làm thế nào để nó hoạt động?
Videoscope là gì? Làm thế nào để sử dụng videscope cho tầm nhìn 3D? Kiểm tra sự chính xác videoscope IPLEX LX như thế nào?
Các ứng dụng của videoscope và tầm nhìn 3D như thế nào?
3.1. Mở đầu
Stereo imaging (3D) là kĩ thuật sử dụng hai camera để đo khoảng cách giữa các đối tượng. Cấu hình đơn giản nhất (cấu hình Stereo chuẩn) sử dụng hai camera thẳng hang và cách nhau theo phương ngang (Hình 3.1)
Hình 3.1 - Cấu hình chuẩn của hệ thống 2 camera
Sử dụng camera stereo này, chúng ta có thể thu được hình ảnh của đối tượng tại hai vị trí khác nhau: Ảnh bên trái và ảnh bên phải của đối tượng (sự chênh lệch). Các ảnh của các camera được phân tích để tìm ra điểm chung. Sử dụng quy tắc tam giác đồng dạng và độ lệch của các điểm chung để xác định khoảng cách (độ sâu) so
Đo tích cực:
Kỹ thuật đo xung phản hồi có thể đo khoảng cách tới một điểm. Ví dụ radar, sóng siêu âm, xung laser hoặc quét tia laser. Phổ biến nhất là laser quét ba chiều, khối, vật thể xoay trong khi các chùm laser qt qua. Vật thể này có hình dạng bên ngồi và được định dạng ba chiều. Đây không thực sự là ảnh theo nghĩa thông thường.
3.2. Ảnh ba chiều
Sử dụng hai, hoặc các máy ảnh khơng gian riêng biệt để tạo thành hình ảnh từ các hướng khác nhau. Các thông tin về chiều sâu sẽ được xác định từ các chiều.
Hình 3.2 - Nguyên lý cơ bản của ảnh ba chiều
Trong hình ảnh ba chiều ta sử dụng hai máy ảnh không gian riêng biệt để thu được một hình ảnh ba chiều trong Hình 3.2. Trường hợp đơn giản để hai camera sao cho trục quang học của chúng song song và cách nhau một đoạn S.
Từ hai camera ta có hai hình ảnh hai chiều của một vật thể với hình vng ở Hình 3.3. Vì thế ta thấy vị trí các đường dọc thay đổi, từ đây ta có thể tìm được chiều sâu. Hệ thống này tương đương với hệ thống mắt người, chúng ta có hai mắt cách nhau khoảng 60 đến 70mm vì thế khi ta nhìn một vật thể ba chiều ta tức là ta nhìn vật từ hai chiều khác nhau.
Xem xét hệ thống chi tiết hơn ở Hình 3.4 ở đây ta kết hợp các trục quang của hai camera song song và cách nhau một khoảng S. Giờ ta xét hình ảnh của điểm P đặt cách trục của một camera X0 và cách trục quang học của camera kia khoảng X1.
Hình 3.4 - Chi tiết hệ thống quang hình
Nếu các điểm của ảnh P trong hai camera là x0 và x1, khi đó từ hình trên ta có:
v X u x và v X u x0 0 1 1 (3.2.1)
Ở đây u là khoảng cách từ ống kính đến điểm nhìn, giống nhau ở cả hai camera. Vì thế ta có vị trí của hai ảnh P là:
v uX x và v uX x 1 1 0 0 (3.2.2)
Từ hình trên ta biết rằng quang trục của hai camera các nhau một đoạn S, nếu hai trục đó song song ta có:
S X
X1 0 (3.2.3) Thay vào công thức trên ta thu được:
v uS x
x1 0 (3.2.4)
Ở đây v là khoảng cách từ P đến hai ống kính camera. Ta có thể giải v như sau:
x uS x x uS v 0 1 (3.2.5)
Ở đây ∆x là sai khác giữa hai ảnh P. Đối với ống kính có tiêu cự f ta có vị trí vật và ảnh thu được bởi công thức Gauss:
f v u 1 1 1 (3.2.6)
Tuy nhiên trong hầu hết các hệ thống thực tế ta có khoảng cách vật rất lớn so với độ dài tiêu cự ống kính, v » u. Vì thế ta có thể lấy xấp xỉ u ≈ f. Công thức trên sẽ tương đương với
x fS v
(3.2.7)
Chú ý rằng z là khoảng cách từ ảnh đến vật z = u + v, khi đó ta có cơng thức cuối cùng cho khoảng cách từ ảnh tới điểm P như sau:
x S f z 1 (3.2.8)
Có độ dài tiêu cự ta có thể tìm được độ sâu z của điểm P bằng cách thay đổi cách khoảng ∆x giữa hai ảnh. Ta có thể xác định được vị trí ảnh của cùng một điểm trong hai ảnh và tính tốn chiều sâu của nó một cách đơn giản bằng hình học.
Trước khi đơn giản hóa hệ này ta phải xem xét sai số và ảnh hưởng của sai số đến quá trình đo. Trong bất kỳ hệ thống ảnh nào ta cũng sẽ chỉ có một vị trí ảnh duy nhất của P tới một điểm chính xác riêng, đặc trưng này có được do khơng gian lấy mẫu. Vì thế nếu ta có một sai số δx trong phép đo ∆x, công thức như sau:
x x
x
0 (3.2.9)
Và nếu ta xác định khoảng cách từ điểm P của vật tới ống kính thu được bởi cơng thức: 0 0 x uS v (3.2.10)
Khi đó, vì sai số ∆x ta sẽ có sai số trong phép đo chiều sâu là δv, lúc đó: v = v0 ± δv (3.11)
Ta có thể xác định δv theo δx bằng khai triển Taylor như sau:
x x uS v 2 0 (3.2.12)
Thay vào ∆x0, thu được
x uS v
v
02 (3.2.13)
Trong đó ta thấy đối với khoảng cách S cố định và sai số δx sẽ có sai số trong phép đo chiều sâu tăng theo bình phương khoảng cách từ vật đến máy ảnh. Vì vậy để có được độ phân giải chiều sâu tốt cần khoảng cách S lớn, còn đối với các vật ở xa ta mong muốn độ phân giải chiều sâu thấp.
v0 1m v 8mm (3.2.14)
3.3. Chụp ảnh trong không gian
Một trong những ứng dụng chung của chụp ảnh ba chiều là chụp ảnh trong không gian từ các máy bay khảo sát. Camera ở chế độ chụp thẳng xuống, tâm của ảnh
là điểm giao giữa quang trục máy ảnh và đất được gọi là nadir. Khi đó ta có hai ảnh phân biệt cách nhau thời gian t, vì thế nếu tốc độ máy bay so với đất là v khi đó khoảng cách giữa camera và vật sẽ là s = vt như Hình 3.5. Ở đây ta có hai ảnh chụp được bởi một camera và sự tách biệt lớn giữa các ảnh cho phép có được thơng tin chiều sâu tốt. Biết được khoảng cách của camera thời điểm trước sau ta sẽ tính được sự thay đổi chiều cao trong khu vực chồng chéo và ứng dụng rộng rãi trong bản độ tự động.
Hình 3.5- Chụp ảnh trong khơng gian từ các máy bay khảo sát.
Hệ thống này có vẻ đơn giản nhưng nó phức tạp hơn so với dự kiến và hướng của máy bay có thể làm thay đổi đáng kể. Điều này khiến quang trục của camera thay đổi và do đó tồn bộ hệ thống hình học của ảnh bị thay đổi. Sai số này có thể được bù lại nhưng sử dụng máy ảnh tự động với chi phí cao kết hợp với sự theo dõi chính xác tốc độ máy bay và góc bay ta có một hệ thống vơ cùng phức tạp.
3.4. Vệ tinh ba chiều
Ảnh ba chiều từ vệ tinh viễn thám là một việc rất thiết thực mà hai hình ảnh được chụp từ các quỹ đạo ở các thời điểm khác nhau ở Hình 3.6. Đối với vệ tinh có quỹ đạo ổn định và khơng có hiệu ứng khơng khí, hầu hết các vấn đề tương tự với máy bay chụp hình ba chiều khơng xảy ra và chất lượng hình ảnh ba chiều rất tốt. Ở một số hệ thống vệ tinh sensor ảnh có thể được dùng sao cho các diện tích chồng chéo lên nhau là tối đa. Hình ảnh ba chiều tốt nhất có được bởi hệ thống SPOT.
Hình 3.6 - Ảnh ba chiều từ vệ tinh viễn thám
3.5. Hệ thống hội tụ
Trong hệ thống thực các camera không song song, nhưng hội tụ tại một điểm trung bình ở khoảng cách z0 như Hình 3.7. Ta có thể giải cho ∆z, từ các điểm x0 và x1 trong hai ảnh. Biểu thức khó hơn nhưng có cùng dạng, và các vấn đề tương tự như trường hợp song song.
Hình 3.7 - Hệ thống thực các camera không song song
3.6. Khai thác thông tin chiều sâu
Một số hệ thống hiện đại sử dụng ba máy ảnh sắp xếp thành hình tam giác để giải quyết các vấn đề liên quan đến các đường bị mất. Các ảnh thông thường không đơn giản hoặc các giải pháp thông thường dựa vào:
1. Xác định và đặt các vật đã biết vào mỗi ảnh (ví dụ các ngã tư trên bản đồ). Hoạt động tốt sẽ cho nhiều thông tin về chiều cao cậm như các ảnh chụp trên
khơng. (hình ảnh tương tự phù hợp với mắt người nhìn)
2. Phân tích mỗi vùng của mỗi bức ảnh, và sau đó kết hợp giữa các vùng. Làm tốt sẽ phân tích ra từng vùng rõ ràng. (ví dụ “box-world”).
3. Ký hiệu cho các đường hoặc điểm ảnh. Giả thiết thử các kỹ thuật dựa trên sự hình thành các vùng có độ sâu hoặc độ dốc tương tự trong cùng một ảnh.
Tất cả các chương trình này làm việc để mở rộng hình ảnh nhiều hay ít phụ thuộc vào loại ảnh và kiến thức của người dùng.
Chƣơng IV. MỘT SỐ PHÉP ĐO ĐỘ SÂU, ĐO KHOẢNG CÁCH THỰC HIỆN TRÊN THIẾT BỊ KTKPH OLYMPUS NDT IPLEX LX
4.1. Giới thiệu về thiết bị nội soi công nghiệp OLYMPUS NDT IPLEX LX
Thiết bị nội soi công nghiệp OLYMPUS NDT IPLEX LX (Hình 4.1) là dịng máy cao cấp nhất của Olympus với vỏ bọc chống sốc, khả năng xử lý hình ảnh vượt trội và hoạt động dưới mọi điều kiện thời tiết. Thiết bị vận hành tốt dưới mọi điều kiện thời tiết kể cả dưới trời mưa to. Thỏa mãn các tiêu chuẩn IP55 và MIL-STD- 810F/461E.
Hình 4.1 - Thiết bị KTKPH Olympus IPLEX LX
Vỏ bọc dây soi bao gầm 4 lớp với vỏ ngồi bằng vơnfram hoặc Tungsten chống va đập và trầy xước chịu được nhiệt độ tới 80 độ C, chống thấm nước, dầu, có thể kéo dài hoặc thay thế được (Hình 4.2). Đầu soi với công suất chiếu sáng cao, soi rõ vật thể nhỏ ở kích thước xa. Khả năng xủ lý hình ảnh vượt trội với màn hình hiển thị LCD chống lóa 6,5″ (Hình 4.3)
Hình 4.3 - Màn hình hiển thị thiết bị KTKPH Olympus
Trang bị các đầu có gắn thêm gắp, móc, kéo, hút… trợ giúp cho việc lấy những vật lạ bị rơi vào những vị trí khó tiếp cận (Hình 4.4).
Hình 4.4 - Các loại đầu gắp, móc, kéo, hút trợ giúp thiết bị KTKPH Olympus
Sử dụng pin sạc Li-ion gắn ngay trong máy với thời gian hoạt động 150 phút. Lưu trữ vào thẻ nhớ CF Card hoặc USB (Hình 4.5)
Hình 4.5 - Pin sạc Li-ion và thẻ nhớ CF Card hoặc USB gắn ngay trong máy * Thông số kỹ thuật: * Thông số kỹ thuật:
- Trọng lượng gọn nhẹ (3.2kg)
- Dây soi đường kính 4mm hoặc 6mm, dài 2m hoặc 3.5m - Đáp ứng tiêu chuẩn MIL-STD và IP55
- Nguồn sáng được gắn vào đầu soi
- Màn hình LCD rộng 6.5 inch. Có nút điều chỉnh độ sáng, tối