Исследование и разработка акустического дефектоскопа на основе метода свободных колебаний (Квалификационная работа бакалавра)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Красноярский государственный технический
университет

Кафедра "Приборостроение и телекоммуникации"

КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

Исследование и разработка акустического дефектоскопа на основе метода свободных колебаний

Пояснительная записка

Задание на дипломное проектирование студенту

1. Тема работы: «Исследование и разработка акустического дефектоскопа на основе метода свободных колебаний».

2. Утверждена приказом по университету № 136 от 27.01.2006.

3. Срок сдачи студентом законченной работы: 9 июня 2006 г.

4. Исходные данные к проекту

Разработка дефектоскопа на основе метода свободных колебаний. Устройство должно:

-  Быть обучаемым на распознавание дефектных спектров конкретных объектов контроля;

-  Использовать классификатор на основе нейронных сетей;

-  Быть максимально автоматизированным.

5. Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):

5.1. Постановка задачи.

5.2. Патентно-информационный поиск.

5.3. Обзор метода свободных колебаний и устройств на его основе.

5.4. Разработка функциональной схемы устройства.

5.5. Разработка принципиальной схемы устройства.

5.6. Разработка программного обеспечения устройства, математических алгоритмов.

6. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):

6.1. Функциональная схема устройства.

6.2. Принципиальная схема устройства.

Календарный график работы над ВКР бакалавра на весь период проектирования

Январь 2006 – получение задания у руководителя.

Февраль - март 2006 – проведение патентно-информационного поиска.

Март 2006 – разработка функциональной схемы устройства.

Апрель – май 2006 – разработка принципиальной схемы, программного обеспечения устройства.

Май 2006 – оформление пояснительной записки и приложений.

16 июнь 2006 – защита выпускной квалификационной работы.

Аннотация

В результате выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра был разработан прототип микропроцессорного устройства, реализующего функцию акустического дефектоскопа на основе метода свободных колебаний. В результате выполнения данной работы мы имеем полный инструментарий (готовое устройство с возможностью внутрисхемного программирования, информационное, математическое и программное обеспечение) для начала экспериментов по нейросетевому обучению акустического дефектоскопа решению задач дефектоскопии методом свободных колебаний.

Разработанное устройство является портативным (габариты не более 150х100 мм., масса не более 200 г.) и может применяться для выполнения задач акустической дефектоскопии в полевых условиях.

Содержание

Задание на дипломное проектирование студенту. 2

Календарный график работы над ВКР бакалавра на весь период проектирования. 3

Аннотация. 4

Введение. 6

1 Обзор существующих решений в области дефектоскопии. 8

1.1 Общие положения. 8

1.2 Акустические методы неразрушающего контроля. 9

1.3 Метод свободных колебаний. 11

1.4 Недостатки существующих решений. 17

2 Постановка задачи. Требования, предъявляемые к устройству. 20

3 Разработка функциональной схемы.. 23

3.1 Требования к алгоритмам.. 27

4 Реализации алгоритмов. 28

4.1 БПФ.. 28

4.1.1 Описание. 28

4.2 Статистическая нормировка. 30

4.3 Нейронная сеть. 31

5 Выбор средств реализации. 32

5.1 Программные средства работы с МК.. 32

5.2 Выбор микроконтроллера. 34

5.2.1 Общие сведения. 34

5.2.2 Выполнение тестовой задачи МК.. 39

5.3 Выбор устройства отображения информации. 43

5.4 Выбор программных средств реализации. 43

5.4.1 Выбор языка программирования для реализации ПО МК.. 43

5.4.2 Выбор компилятора. 45

5.4.3 Выбор среды моделирования. 47

5.4.4 Выбор нейроэмулятора. 49

6 Реализация устройства. 50

6.1 Обучение нейронной сети. 50

6.2 Разработка и отладка программного обеспечения. 51

Список литературы.. 54

Введение

В настоящее время одной из важнейших задач, стоящей перед любым техническим предприятием или обслуживающей организацией является контроль изделий, устройств и механизмов и обнаружение дефектов в них. Причем к контролю и дефектоскопии должны применяться следующие требования:

1.  Непрерывность на всем периоде рабочего или производственного цикла.

2.  Как следует из п.1., проведение дефектоскопии не должно занимать длительное время и приводить к остановкам в технологическом процессе.

3.  Контроль качества и дефектоскопия должны быть по возможности максимально автоматизированными для обеспечения процесса контроля в любое время суток и без участия людей («человеческий фактор» должен быть сведен к нулю).

Существует множество видов неразрушающей дефектоскопии. Под неразрушающей дефектоскопией подразумевается исследование внутренней структуры материала и выявление дефектных участков «на лету», при этом изменение структуры материала не должно меняться ни в коем случае.

Стандартные методы неразрушающей дефектоскопии сейчас – это использование электрических, магнитных, тоновых акустических эффектов – ведь только они не в состоянии изменить структуру проверяемого материала или детали, что очень важно, т.к. часто требуется проведение дефектоскопии в процессе работы изделия, для которого, возможно, существуют жесткие надежностные и отказоустойчивые требования.

Вместе с тем, задачу определения дефектов можно отнести к неформализуемым задачам вместе с задачами распознавания образов, предсказания, аппроксимации функций, т.е. задачам, имеющим в своей постановке неявно заданные функции и параметры (в отличие от формализуемых задач, которые имеют четкий алгоритм решения, такие как численные методы, сортировка и поиск данных, реализация преобразований Фурье и Лапласа) /7/. Это отношение можно сделать потому, что поиск дефектов не имеет четко заданного алгоритма решения, а большую роль здесь играет предсказание параметров детали на еще не наступивший момент (например, в связи с ее износом).

Это допущение позволяет решать задачи дефектоскопии в нейросетевом базисе, т.е. используя теорию нейронных сетей, что на сегодняшний день является новым, смелым решением и шагом вперед по сравнению со стандартными, детерминистическими алгоритмами.

Мнение многих авторов таково, что стандартный, алгоритмический подход хорош только для дискретных и явно формализуемых задач, но естественные задачи, такие как распознавание звуков и образов, аппроксимация, предсказание, должно решать  в нейросетевом базисе.

Целью данной бакалаврской работы является исследование и реализация акустического дефектоскопа, использующего метод свободных колебаний, применяя нейросетевые методы обработки.