Caracterização de danos de maquinagem em placas compósitas

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1 Caracterização de danos de maquinagem em placas compósitas Luís Miguel Pereira Durão ISEP/CIDEM João Manuel R. S. Tavares FEUP/LOME António Torres Marques FEUP/INEGI Manuel Freitas IST/DEM António G. Magalhães ISEP/CIDEM

2 Introdução A furação de placas gera danos mecânicos e térmicos que podem afectar a fiabilidade. A delaminação, defeito mais grave, pode causar colapso prematuro das estruturas. Estes defeitos nem sempre são detectáveis visualmente. Necessidade de recorrer a meios de controlo não-destrutivo na sua avaliação, tais como radiografia, ultrassons, TAC. Utilizando critérios de avaliação existentes, a aplicação de técnicas do domínio da Visão Computacional ajuda a avaliar o dano.

3 Sumário 1. Maquinagem de compósitos; 2. Detecção e avaliação de defeitos; 3. Condições de furação; 4. Radiografias e ultrassons; 5. Processamento e análise de imagem; 6. Resultados experimentais; 7. Conclusões e trabalho futuro.

4 Maquinagem de compósitos Complexa devido à heterogeneidade; Diferenças devido à orientação das fibras; Sensibilidade ao calor; Abrasividade dos reforços; Defeitos: delaminação; fissuras; descolamento fibra/matriz; danos térmicos; Perda das propriedades mecânicas.

5 Detecção de defeitos Radiografia; Inspecção ultrassónica (C-Scan); Tomografia computorizada (TAC).

6 Critérios de avaliação dos defeitos Factor de delaminação F d (Chen, 1997): D F = max d D Rácio de dano D RAT (Mehta, 1992): D = RAT D D MAR AVG

7 Condições de furação Carbono/epóxido quasi-isotrópico [(0/-45/90/+45)] 5s ; Centro maquinagem: OKUMA MC-40VA; Broca helicoidal: Guhring 2464FIRE (K10 c/ revestimento TiAlN); Velocidade de corte: 80/100 m/min; Avanço: 0.05/0.1 mm/rot.

8 Radiografias Imersão em diodometano por 1h30m para contraste; Tempo de exposição: 0.25 segundos; Distância focal: 70mm; Imagem em níveis de cinzento.

9 Inspecção ultra sónica C-Scan Imersão em água para maior sensibilidade; Sonda: 5 MHz; Controlo por reflexão; Parâmetro TOF (Time-offlight) permite estimar a profundidade do defeito.

10 Processamento e análise de imagem Técnicas standard em Visão Computacional Etapas: 1. Selecção da zona de interesse (simplicidade); 2. (Conversão em níveis de cinzento); 3. Filtro de suavização (homogeneização do efeito do ruído); 4. (Remoção dos pixels de baixa intensidade associados a ruído); 5. Binarização (segmentar regiões de interesse); 6. Filtro morfológico (erosão - eliminar zonas sem interesse / dilatação - combinar áreas); 7. Algoritmo de análise de regiões (determinação de medidas). Resultados: Medidas relativas à área do dano.

11 Exemplo de determinação de medidas numa imagem de radiografia Zona de interesse Áreas segmentadas Zona do dano Medidas da zona do dano

12 Exemplo de determinação de medidas numa imagem de C-Scan Zona de interesse Zona de interesse em níveis de cinzento Remoção do ruído Zona do dano Medidas da zona do dano

13 Resultados experimentais Radiografias Ultrassons C-Scan Vel [m/min] Av [mm/rot] F d D RAT Vel [m/min] Av [mm/rot] D RAT

14 Conclusões Cada sistema de aquisição utilizado (R-X ou C-Scan) representa o dano por imagens distintas; As técnicas standard de processamento e análise de imagem são eficientes em ambos os tipos de imagem considerados; O ruído presente nas imagens pode influenciar os resultados obtidos (complexidade na classificação: pixel de ruído ou do dano); Resultados obtidos são concordantes para os dois critérios considerados (F d, D RAT ).

15 Trabalho futuro Aplicação da metodologia apresentada a outros tipos de resinas reforçadas com fibras; Melhorar a aquisição das imagens; Criar uma aplicação própria para a determinação das medidas do dano de forma automática e robusta; Aplicar critérios de avaliação à selecção das melhores condições de corte; Aplicação a outras famílias de materiais.