УДК 004.94, 535.421, 535-14

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФРАКЦИИ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ ИЗДЕЛИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ПО АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

О.В. Кофнов, Е.Л. Лебедев, А.В. Михайленко

Аннотация


В статье предлагается компьютерная модель и описание метода использования электромагнитных волн с длиной 0,1-1 мм для выявления внутренних дефектов изделий, выполненных по аддитивным технологиям. С помощью предложенной модели демонстрируется возможность бесконтактного неразрушающего контроля качества по дифракционным картинам.
В настоящее время аддитивные технологии, и в частности печать на трехмерных принтерах, используют для получения изделия материалы, многие из которых свободно пропускают терагерцовое излучение (частота 3·1011-3·1012 Гц, длина волны 0,1-1 мм). В то же время дефекты, возникающие в изделиях при аддитивном производстве, имеют размеры того же порядка (0,1-1 мм), что и терагерцовые волны. Следовательно, при облучении изделий с такими дефектами монохромным миллиметровым излучением будет возникать дифракция Френеля.
Это позволяет использовать дифракционный метод контроля качества изделий, выполненных методом трехмерной печати. В статье описаны схема проведения контроля, алгоритм моделирования дифракционных картин с использованием выражения Релея-Зоммерфельда и компьютерная программа, реализующая указанный алгоритм. Приведены результаты определения размеров и расположения дефектов в изделиях по дифракционным картинам.
Рассматривается компьютерная модель такого дифракционного метода, который может быть реализован в виде аппаратно-программных средств, позволяющих автоматизировать процесс контроля, обеспечить его низкую себестоимость, безопасность (учитывая свойства электромагнитного излучения указанного диапазона длин волн) и может конкурировать с методами электромагнитной и звуковой томографии.

Ключевые слова


аддитивная технология; трехмерная печать; терагерцовое излучение; дифракционный метод; неразрушающий контроль; компьютерное моделирование; обработка изображения

Полный текст:

PDF

Литература


  1. Григорьев С.Н., Смуров И.Ю. Перспективы развития инновационного аддитивного производства в России и за рубежом // Инновации. 2013. № 10(180). С. 76–82.
  2. Lee M.P. et al. Development of a 3D printer using scanning projection stereolithography // Scientific Reports. 2015. vol. 5. no. 9875.
  3. Han S. et al. Design and Analysis of Fused Deposition Modeling 3D Printer Nozzle for Color Mixing // Advances in Materials Science and Engineering. 2017. vol. 2017. Article ID 2095137.
  4. Shirazi S.F.S. et al. A review on powder-based additive manufacturing for tissue engineering: selective laser sintering and inkjet 3D printing // Science and Technology of Advanced Materials. 2015. vol. 16. no. 3(033502).
  5. Gu B.K. et al. 3-dimensional bioprinting for tissue engineering applications // Biomaterials Research. 2016. vol. 20. no. 12.
  6. Клюев В.В. и др. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / под ред. В. В. Клюева // М.: Машиностроение. 1995. 488 с.
  7. Zhang X. C., Xu J. Introduction to THz Wave Photonics // Springer Science & Business Media. 2010. 246 p.
  8. Carr G.L. et al. High-power terahertz radiation from relativistic electrons // Nature. 2002. vol. 420. pp. 153–156.
  9. Кулипанов Г.Н. Лазеры на свободных электронах: новый этап развития // Наука в Сибири. 2010. № 50(2785). С. 4.
  10. Tan P. et al. Terahertz radiation sources based on free electron lasers and their applications // Science China Information Sciences. 2012. vol. 55. Issue 1. pp. 1–15.
  11. Kulipanov G.N. et al. Novosibirsk free electron laser – facility description and recent experiments // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2015. vol. 5. Issue 5. pp. 798–809.
  12. Davies A.G. et al. Terahertz spectroscopy of explosives and drugs // Materials Today. 2008. vol. 11. Issue. 3. pp. 18–26.
  13. Leahy-Hoppa M.R. Terahertz For Weapon And Explosive Detection // WIT Transactions on State of the Art in Science and Engineering. 2012. vol. 54. pp. 207–220.
  14. Воронин С.А., Сохабеев В.М. Использование терагерцовых технологий в досмотровой технике обеспечения авиационной безопасности // Научный вестник ГОСНИИ ГА. 2012. № 2(313). С. 116–121.
  15. Lee Y.-S. Principles of Terahertz Science and Technology // Springer Science & Business Media. 2009. 340 p.
  16. Gatesman A.J. et al. Terahertz Behavior of Optical Components and Common Materials // Technical rept. Massachusetts Univ Lowell Submillimeter-Wave Tech Lab. 2006. URL: https://www.researchgate.net/publication/228718575_Terahertz_Behavior_of_Optical_Components_and_Common_Materials (дата обращения: 31.12.2017).
  17. Bolotin V.P. et al. A project of accelerator-recuperator for Novosibirsk high-power FEL // Physics of particles and nuclei letters. 2006. vol. 3. pp. S40–S42.
  18. Чесноков В.В., Чесноков Д.В., Кочкарев Д.В., Кузнецов М.В. Способ изготовления детекторов терагерцового диапазона // Патент РФ 2545497. 2015.
  19. Коротаев В.В. и др. Основы тепловидения // СПб: НИУ ИТМО. 2012. 122 с.
  20. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие // СПб: СПбГУ ИТМО. 2006. 132 с.
  21. Deans S.R. The Radon Transform and Some of Its Applications // Courier Corporation. 2007. 295 p.
  22. Кофнов О.В. Система компьютерного моделирования дифракции для измерения геометрических параметров структуры текстильных материалов // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1. Естественные и технические науки. 2014. № 2. С. 38–45.
  23. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Теория поля. т.2 // М.: Наука. 1988. 509 с.
  24. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику // М.: Мир. 1970. 364 с.
  25. Кофнов О.В. Модель и алгоритмы измерения геометрических параметров структур текстильных материалов // Труды СПИИРАН. 2015. Вып. 5(42). С. 90–111.
  26. Михайленко А.В., Лебедев Е.Л., Кофнов О.В. Программа обработки данных цифровых изображений // 2017. № 2017611188.


Олег Владимирович Кофнов - к-т техн. наук, научный сотрудник кафедры информационных технологий, Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна (СПбГУПТД).
Область научных интересов: технология производства материалов, машинное зрение, обработка астрономических каталогов, программирование на Java и C#.
Число научных публикаций: 17.

Адрес (E-mail): kofnov@mail.ru
Почтовый адрес: Большая Морская ул., 18, Санкт-Петербург, 191186
Телефон: +7(812)9413288


Евгений Леонидович Лебедев - д-р техн. наук, доцент, начальник кафедры контроля качества и испытаний вооружения, военной и специальной техники, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (ВКА им. А.Ф. Можайского).
Область научных интересов: бесконтактные методы контроля качества.
Число научных публикаций: 64.

Адрес (E-mail): zlebedev@yandex.ru
Почтовый адрес: Ждановская, 13, Санкт-Петербург, 197198
Телефон: +7812)347-9511


Александр Владимирович Михайленко - адъюнкт кафедры контроля качества и испытаний вооружения, военной и специальной техники, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (ВКА им. А.Ф. Можайского).
Область научных интересов: бесконтактные методы контроля качества.
Число научных публикаций: 11.

Адрес (E-mail): tihaxis@mail.ru
Почтовый адрес: Ждановская, 13, Санкт-Петербург, 197198
Телефон: +7(812)347-9511




DOI: http://dx.doi.org/10.15622/sp.56.4

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.