УНИВЕРЗИТЕТ У КРАГУЈЕВЦУ ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА ЧАЧАК Зоран Еберсолд ЕЛЕКТРОНСКО И СОФТВЕРСКО РЕШЕЊЕ КВАДРОФОНСКЕ ТРАНСМИСИОНЕ УЛТРАЗВУЧНЕ ДЕФЕКТОСКОПИЈЕ У ПРИМЕНИ НА ДИРЕКТНО ЛАСЕРСКИ СИНТЕРОВАНИМ МАТЕРИЈАЛИМА Докторска дисертација У Чачку, 2013. године УНИВЕРЗИТЕТ У КРАГУЈЕВЦУ ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА ЧАЧАК Ментор: Др Слободан Ђукић, редовни професор ИДЕНТИФИКАЦИОНА СТРАНИЦА ДОКТОРСКЕ ДИСЕРТАЦИЈЕ I. Аутор Име и презиме: Зоран Еберсолд Датум и место рођења: 28.01.1960. Пожаревац Садашње запослење: Инжењер – програмер, „Fujitsu Technology Solutions“ у Аугсбургу, Немачкa II. Докторска дисертација Наслов: Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима Број страница: 197 Број слика: 144 Број библиографских података: 158 Установа и место где је рад израђен: Универзитет у Крагујевцу, Факултет техничких наука Чачак Научна област (УДК): Електротехничко и рачунарско инжењерство Ментор: Проф. Др Слободан Ђукић, редовни професор Факултетa техничких наука Чачак III. Оцена и одбрана Датум пријаве теме: 18.01.2012. Број одлуке и датум прихватања докторске дисертације: 339/9 од 14.03.2012.год. Комисија за оцену подобности теме и кандидата: 1. Др Слободан Ђукић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 2. Др Бранислав Петровић, редовни професор, Електронски факултет, Ниш 3. Др Небојша Митровић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 4. Др Синиша Ранђић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 5. Др Бранка Јордовић, редовни професор., Факултет техничких наука, Чачак Комисија за оцену докторске дисертације: 1. Др Слободан Ђукић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 2. Др Бранислав Петровић, редовни професор, Електронски факултет, Ниш 3. Др Небојша Митровић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 4. Др Синиша Ранђић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 5. Др Бранка Јордовић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак Комисија за одбрану докторске дисертације: 1. Др Слободан Ђукић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 2. Др Бранислав Петровић, редовни професор, Електронски факултет, Ниш 3. Др Небојша Митровић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 4. Др Синиша Ранђић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак 5. Др Бранка Јордовић, редовни професор, Факултет техничких наука, Чачак Датум одбране дисертације: Дйх сожкжлазсджг ч дзеаичвнжг чсизамчвања, чнспчзчсан сценазчјчеа адийeончх пжизека, пжсчвајйћч на пжсижјећче ннањчеа ч чсдйсивчеа, је рйнлаеени непжсзелнж леоживжзнжг пзжнаоанатива. Овај рад посвећујем мојој мајци Анђелки Еберсолд рођ. Миленковић учитељици и наставници музике *1935 †2004 i САДРЖАЈ 1. УВОД .................................................................................................................................. 1-1 2. ТЕОРИЈСКИ ДЕО ............................................................................................................. 2-1 2.1 Директно ласерско синтеровање материјала ................................................................. 2-1 2.1.1 Предности ласерског синтеровања ................................................................................. 2-4 2.1.2 Синтеровање ...................................................................................................................... 2-5 2.1.3 Основни принципи синтеровања..................................................................................... 2-6 2.1.4 Појмови „Rapid Prototyping” , „Rapid Tooling”, „Rapid Manutacturing” ................................................................................................................... 2-9 2.1.5 Поступак диркетног ласерског синтеровања DLSM ..................................................... 2-10 2.1.6 Поступак индиректног ласерског синтеровања ILSM .................................................. 2-14 2.1.7 Актуелно стање у вези DLSM поступка ......................................................................... 2-16 2.1.8 DLSM техника у развоју .................................................................................................. 2-17 2.1.9 Рачунарске симулације поступка синтеровања ............................................................. 2-19 2.1.10 Ток рачунарске симулације ............................................................................................. 2-22 2.1.11 Дефектоскопија делова добијених DLSM поступком ................................................... 2-23 2.2 Техника ултразвука ........................................................................................................... 2-24 2.2.1 Звучни таласи .................................................................................................................... 2-24 2.2.2 Звучно поље ...................................................................................................................... 2-27 2.2.3 Примене ултразвука ......................................................................................................... 2-29 2.3 Електронска мерења неелектричних величина (сензорика) ......................................... 2-30 2.3.1 Сензорика .......................................................................................................................... 2-31 2.3.2 Пиезоелектрични ефекат .................................................................................................. 2-31 2.3.3 Ултразвучни сензори на принципу пиезоелектричког ефекта ..................................... 2-33 2.4 Дефектоскопија.................................................................................................................. 2-36 2.4.1 Ултразвучна дефектоскопија ........................................................................................... 2-36 3. МЕТОДА КВАДРОФОНСКЕ ТРАНСМИСИОНЕ УЛТРАЗВУЧНЕ ДЕФЕКТОСКОПИЈЕ (KTUD) ......................................................................................... 3-1 3.1 Електронско решење ......................................................................................................... 3-7 3.1.1 Принципи електронског решења ..................................................................................... 3-7 3.1.2 Патентирани дефектоскоп на принципу методе KTUD ................................................ 3-11 3.1.3 Лабораторијски експериментални склоп за KTUD ....................................................... 3-16 3.1.4 Концепти анализе сигнала KTUD ................................................................................... 3-19 3.1.5 Калибрација ....................................................................................................................... 3-24 3.2 Софтверско решење апликације за приказ дијаграма мерења ...................................... 3-26 3.2.1 Релациона база података за KTUD .................................................................................. 3-28 3.2.2 WEB апликација................................................................................................................ 3-42 ii 4. РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЈА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИХ МЕРЕЊА KTUD .............. 4-1 4.1 Поступак мерења и анализа резултата ............................................................................ 4-4 4.2 Својства испитиваног узоркa AlSi12 ............................................................................... 4-8 4.3 Својства узоркa AlMg3 за упоредна мерења .................................................................. 4-10 4.4 Резултати и анализа резултата мерења над узорком AlSi12 ......................................... 4-12 4.4.1 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорак AlSi12 без дефекта ............................................................................................................ 4-13 4.4.2 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорак AlSi12 са дефектом ........................................................................................................... 4-24 4.4.3 Упоређивање резултата мерења на узорку AlSi12 ........................................................ 4-34 4.5 Резултати и анализа резултата мерења над узорком AlMg3 ......................................... 4-39 4.5.1 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорку AlMg3 без дефекта ............................................................................................................ 4-40 4.5.2 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорку AlMg3 са дефектом ........................................................................................................... 4-49 4.5.3 Резултати мерења утицаја дефекта на узорку AlMg3 ................................................... 4-58 4.5.4 Упоређивање резултата мерења на узорку AlMg3 ........................................................ 4-64 5. ЗАКЉУЧАК ....................................................................................................................... 5-1 6. ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................................... 6-1 7. ПРИЛОЗИ ........................................................................................................................... 7-1 7.1 Патентно писмо и додела патента KTUD дефектоскопа ............................................... 7-2 7.2 Позив Одбора за дефектоскопију без разарања Савеза немачких инжењера (VDI) ................................................................................................................. 7-5 7.3 Изводи из софтверског кода ............................................................................................. 7-6 Увод 1-1 1. УВОД Предмет ове докторске дисертације представља дефектоскоп који функционише на принципу нове ултразвучне методе, названој квадрофонска трансмисиона ултразвучна дефектоскопска метода (KTUD метода), у примени на директно ласерски синтерованим материјалима. За потребе ултразвучне дефектоскопије чврстих тела до сада су развијане различите методе. Особине ових метода зависе од области примене и циљева мерења. Карактеристичне мерне величине које се добијају ултразвучном дефектоскопијом су време простирања и интензитет ултразвучних таласа, а ове величине служе као параметри за анализу стања у датом узорку материјала. Ултразвучна дефектоскопија се најчешће реализује употребом само једне ултразвучне главе за емитовање и пријем сигнала, при чему се користи импулсна ехо техника. Импулсна ехо метода је широко распрострањена у литератури и индустрији. Још једна метода ултразвучне дефектоскопије, која је до сада мало развијана, је ултразвучна метода са одвојеним ултразвучним главама. У литератури се о овој ултразвучној методи говори као о поступку у коме се користи једна ултразвучна глава као одашиљач сигнала и једна глава за пријем ултразвучног сигнала, која има улогу сензора. Ова ултразвучна метода се назива „метода проласка звука” или „трансмисиона ултразвучна метода”. Дефектоскоп заснован на KTUD методи састоји се из модула за генерисање сигнала релативно ниских, а тиме и веома продорних ултразвучних фреквенција, као и четири електронска мерна ланца за пријем и конверзију трансмисионих ултразвучних сигнала. Иницијална мотивација за проналажење и развој новог дефектоскопа, су захтеви који су се појавили на пољу најновијих међународних научних истраживања директно ласерски синтерованих метала (DLSM). Истраживања DLSM припадају научној дисциплини развоја савремених техничких материјала, а најчешћи циљ им је израда чврстих, лаганих и шупљикавих материјала за различите врсте примена. Нарочито је Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 1-2 битна производња металних елемената у техници орбиталних сателита, савремених мотора и авионској техници. Посебно су ригорозни захтеви у области производње материјала за свемирску технику, где се од елемената тражи да имају све мању тежину, а да при томе имају исте или чак боље механичке особине oд елементa произведених на конвенционалан начин. Важан разлог за развој DLSM методе је покушај испуњавања захтева за већом економичношћу производње при малим серијама машинских елемената и потреба за испуњавање захтева све комплекснијих геометрија металних елемената, и то како спољашњих тако и унутрашњих. И поред мноштва побољшања која су до данас постигнута у развоју DLSM технике, и даље постоје разни проблеми, као што је нежељено рушење ћелијских геометрија, а што је нарочито проблематично у области свемирске технике где је обавезан изузетно висок ниво квалитета елемената. Директно ласерско синтеровање метала је технологија производње код које се тродимензионални елемент изграђује на тај начин што се додају један по један део запремине у облику танког слоја, чиме настаје порозан и шупљикав елемент, који је чврст и лак. За разлику од индиректног ласерског синтеровања метала, директно ласерско синтеровање метала се састоји од само једног процесног корака. Велика предност директне методе је управо постојање једног процесног корака мање, чиме се избегава проблематична процедура очвршћавања у пећи, па је резултат тога знатно краће време производње елемента. Поред предности које носи директна метода, постоје и мане које се огледају у много већем броју физичких феномена које је потребно контролисати, него што је то случај код индиректног ласерског синтеровања. Последице претходно изречених мана DLSM методе доводе до недовољно уједначеног квалитета производа. У неким случајевима настају пукотине, а понекад долази и до рушења унутрашњих структура. На међународном истраживачком нивоу, са циљем побољшања резултата DLSM методе, ради се на оптимизацији производног процеса синтеровања и на унапређењу нумеричке симулације производног процеса. Такође, са циљем побољшања резултата DLSM методе од велике користи и за науку и за индустрију била би и могућност примене ултразвучне дефектоскопије на производима директног ласерког синтеровања. Међутим, тренутно актуелна метода ултразвучне импулсне ехо технике није примењива, пре свега због велике порозности и шупљикавости елемената произведених директним ласерским синтеровањем. Велика порозност и шупљикавост изазива изражену апсорпцију ултразвучних таласа у материјалу што доводи до немогућности Увод 1-3 ултразвучне дефектоскопије применом сигнала високих фреквенција (неколико мегахерца). Циљ овога рада је да пружи конкретан допринос контроли квалитета процеса производње DLSM производа, представљањем методе квадрофонске трансмисионe ултразвучне дефектоскопије (KTUD). Ова нова метода, омогућава ултразвучну дефектоскопију елемената произведених директним ласерским синтеровањем. Дисертација је подељена у неколико глава, како би се почевши од приказа релевантних теоријских основа из области науке и технике, у даљем излагању приказало ново решење у области ултразвучне дефектоскопије. Најпре је приказан преглед стања науке и технике у области директног ласерског синтеровања и области ултразвучне дефектоскопије чврстих тела. Поред приказа главних принципа директног ласерског синтеровањања DLSM, разматрају се теоријске основе процеса синтеровања и предности и проблеми DLSM. Преглед над актуелним стањем у области технике и истраживачког рада унутар DLSM у смислу најновијих експерименталних испитивања и описа тока нумеричких симулација које се при томе користе, закључују тематику DLSM. У поглављима друге главе, која третирају ултразвучну дефектоскопију, говори се најпре о техници ултразвука као дисциплине акустике, а затим се улази у појединости технике ултразвучне дефектоскопије и разматрају се аспекти елетронских мерења неелектричних величина, који су релевантни за сензорику која се користи унутар ултразвучне дефектоскопије. У трећој глави је приказан развој научног, техничког, електронског и софтверског решења дефектоскопа који функционише на принципу нове KTUD методе. Најпре је објашњен принцип KTUD методе, а затим принципи електронског решења. Након тога је представљен део пријаве патента дефектоскопа који је развијен у току овог рада. Наведена пријава патента је у октобру 2010. године уручена Централном Заводу за Патенте (Deutsches Patent- und Markenamt (DPMA)) у Минхену, у Немачкој [DPMA]. Јула 2012. год. прихваћен је патент под редним бројем 10 2010 046 781, под називом "Дефектоскопија узорка материјала без разарања, излагањем узорка ултразвучним таласима и обрадом сигнала насталих трансмисијом ултразвука кроз узорак" ("Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüfgegenstands mittels Ultraschallwellen") Затим је приказан лабораторијски експериментални склоп KTUD методе. Следе концепти анализе мерних сигнала и осврт на тему калибрације. На крају ове главе презентирано је софтверско решењe апликације за приказ дијаграма резултата изведених експерименталних мерења, које се састоји из релационе базе података Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 1-4 специјално дизајниране за ову сврху и вишеслојне софверске апликације. Четврта глава, приказом експерименталних мерења изведених лабораторијским експерименталним склопом, пружа потврду да се са концептом KTUD методе заиста може спровести дефектоскопија материјала израђених директним ласерским синтеровањем. Приказани су резултати и дискусија примене KTUD методе код узорака AlSi12, добијеног поступком директног ласерског синтеровања на Фраунхофер Институту, Аугсбург, Немачка. Током извођења експеримената при различитим вредностима параметара извршена је оптимизација облика утразвучног сигнала и притиска сензора на површину испитиваног узорка, с циљем добијања најбоље анализе структуре материјала са становишта постојања дефеката. Спроведена је и упоредна анализа експеримената над стандардним индустријским узроком AlMg3. У закључку се резимира успешност истраживања у смислу решења и сазнања која су постигнута у овом раду и показује се перспектива даљег развоја KTUD методе и дефектоскопа који се на њој заснива. Теоријски део 2-1 2. ТЕОРИЈСКИ ДЕО Ова глава се односи на преглед стања науке и технике у области ласерског синтеровања и ултразвучне дефектоскопије чврстих тела. Поред приказа главних принципа генеративних поступака у које спада ласерско синтеровање, разматрају се предности и проблеми, и даје се преглед над актуелним стањем у истраживањима, експерименталним испитивањима, као и опис тока нумеричких симулација у области ласерског синтеровања. У поглављима која третирају ултразвучну дефектоскопију, говори се о техници ултразвука као дисциплине акустике, а затим се улази у појединости технике ултразвучне дефектоскопије и разматрају се аспекти елетронских мерења неелектричних величина, која су релевантна за сензорику која се користи унутар ултразвучне дефектоскопије. Теоријске основе синтеровања и ултразвука, као и излагања презентована о њима, преузета су из литературних извора. Све слике, графици и дијаграми који су презентовани, реализовани су од стране аутора овог рада, с изузетком фотографија система компаније SLM [SLM], за коју је је ова компанија дала одобрење за употребу и објаву у овом раду. 2.1 Директно ласерско синтеровање материјала (DLSM) Ласерско синтеровање метала спада у генеративне технологије производње. Генеративним технологијама означавају се поступци код којих се тродимензионални елемент гради на тај начин што се додаје један по један део запремине елемента у облику танких слојева а њима се израђују метални и неметални елеменати. Тренутно су најбројнији системи генеративног поступка производње елемената од неметала и ова технологија већ поседује висок ниво испуњења захтева за квалитетом. У овом раду се говори о генеративним поступцима за производњу металних елемената и то специјално о поступку директно ласерско синтерованих метала (DLSM) који је предмет најновијих Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-2 међународних научних истраживања са циљем постизања израде чврстих и уједно и лаганих порозних шупљикавих елемената за примене у техници орбиталних сателита, технологији најмодернијих мотора и у авионској техници. Насупрот генеративним поступцима, конвенционални машински поступци резања, бушења, брушења, глодања итд., означавају се као субтрактивни поступци израде елемената. Генеративне технологије израде машинских елемената се пореде са субтрактивним методама, а такође се пореде и са разним категоријама конвенционалних поступака ливења метала, као и са поступцима ласерске ерозије. Упоређења увек узимају у обзир време потребно за производњу, настале трошкове и ефикасност, а осим тога, у зависности од датог сценарија пореде се и други параметри [Fae02]. Проблеми који се све чешће јављају код конвенционалних техника, леже у томе што су до сада економичност омогућавале велике серије произведених елемената и ако су за припрему производње појединачне серије, најчешће биле потребне велике инвестиције. Међутим, у садашњим, измењеним условима, знатно расте потреба за мноштвом варијанти производа у малим серијама (или чак за само појединачним прототиповима и моделима). Мале серије или појединачни производи, конвенционалним техникама стварају тешкоће у финансирању оваквог типа производње. Осим тога, захтеви за све комплекснијим геометријским облицима елемената (како спољашњим, тако и унутрашњим геометријама), нарочито у техници производње орбиталних сателита, мотора и авиона, све више расту и почињу да надмашују могућности конвенционалних техника. Када се на то додају посебни захтеви из области свемирске технике - да елементи треба да имају вишеструко мању тежину него до сада, а да при томе имају исте или чак боље механичке особине од елемената произведених на конвенционалан начин, постаје разумљиво, да се техника и наука све интензивније баве унапређењем генеративних поступака који нуде перспективу испуњења ових нових захтева, а све то по рентабилној цени. На слици 2.1. је приказан дијаграм из кога се види, да исплативост ласерског синтеровања расте са порастом комплексности [Fae02]. У литератури се у вези са генеративним поступцима редовно спомињу појмови израде модела, израде прототипова и израде малих серија елемената. Нарочито што се тиче прва два појма, добро је прецизирати да је сходно дефиницији у литератури [Mei05] - модел пројекција неког система или процеса у неки други реални систем који довољно тачно одговара Теоријски део 2-3 првобитном систему или процесу који се тиче једног изабраног подскупа постављених питања. Слика 2.1 Зависност исплативости и комплексности ласерског синтеровања [Fae02]. У оквиру водећих дисертација из области ласерског синтеровања [Mei05], појам модела се описује као пројекција планираног производа, при чему прототип не пружа свеукупна својства производа, а његова намена је експериментална примена у смислу сакупљања практичних искустава. То значи да је моделу и прототипу, заједничко то, да презентују само један део ососбина које би имао крајњи производ. За разлику од модела и прототипа, серијски елементи морају да садрже свеобухватне планиране особине и при томе морају да буду испуњени прописани критеријуми квалитета. Ласерско синтеровање метала се изводи директно на основу тродимензионланих CAD (Computer-Aided Design) података, грађењем, тј. ласерским синтеровањем, једног по једног танког слоја металног праха [Bea97]. Ток процеса који је приказан на слици 2.2 почиње тако што се машински елемент најпре конструише помоћу тродимензионалног CAD модела. Слука 2.2 Процесни ток генеративног поступка [Bea97]. Обавезно је да модел мора да има затворене површине и да подаци о њему садрже комплетне информације о његовим спољашњим и унутрашњим облицима. Након тога се 3D модел из CAD формата преноси у тзв. STL формат. STL је скраћеница за „Standard Transformation Language”, што представља интерфејс који апроксимира Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-4 површине модела помоћу полигона. Код јако закривљених површина потребан је велики број веома малих полигона, док код мање закривљених или равних површина потребан је мањи број полигона [Fae02]. Модел у STL формату се позиционира у виртуелном простору за изградњу где се модел виртуално сече на хоризонталне слојеве (2D) подједнаке висине. Ово исецање се назива „SLICE process”. Тако настали пакети података појединачних танких слојева представљају информације за израду путем генеративног поступка. У фази припреме за процес производње, појединачним слојевима се додељују специфични процесни параметри (нпр. снага ласера [Fae02]). Ти слојеви се тада један по један реализују (детаљније у поглављу 2.1.5. „Поступак директног ласерског синтеровања” [Mac99]). За изведбу трансформације CAD података у STL датотеке, постоје одговарајући софверски пакети. Тренутно се изводе пројекти, специјалне адаптације појединих софверских пакета, за потребе примене у техници орбиталних сателита авионској техници. Комплексни поступци израде тродимензионалних елемената трансформишу се у далеко једноставније дводимензионалне помоћу генеративног поступка. Свакако, примена овог процеса је неопходна код комплексне геометрије елемената [Fae02]. 2.1.1 Предности ласерског синтеровања Предности ласерског синтеровања су вишеструке:  повећање брзине производног поступка („time to market“) на само неколико сати (5 до 20 hcm3 ), почев од CAD конструкције до готовог производа;  висок степен аутоматизације;  смањење трошкова: минимизирање погонских и персоналних издатака;  нове могућности логистике: смањење трошкова складиштења, мале серије, велики спектар производа;  нови пословни модели: на пример, израда резервних делова по потреби „spare parts on demand“;  прилагођавање производа појединачним потребама („customization“) . Значајна особина ласерског синтеровања је могућност израде најразличитијих конструкција изузетно комплексних геометрија, како спољашњих тако и унутрашњих. Тако је, на пример, могуће израдити машинске делове са каналима за хлађење који теку паралелно са површином („conformal cooling“) а који су спиралне геометрије. За потребе машинских делова за орбиталну технику (сателити, ракете, постројења за Теоријски део 2-5 лансирање) је веома важна могућност израде машинских делова који имају исте механичке особине као делови који би били произведени на класичан начин, али са вишеструко мањом тежином (при лансирању постоје границе максималне тежине које се не смеју прекорачити). Други аргумент за израду елемената технологијом ласерског синтеровања је и могућност израде површина које имају одређен степен храпавости. Специјална храпавост машинских делова отвара могућности повезивања машинских делова за друге површине унутар летелице техником лепљења. Машински метални делови произведени DLSM техником чију површину карактерише одређена храпавост, могу се поуздано и лако лепити на површине других елемената направљених од разних полимера, што представља атрактивну могућност употребе у сателитској техници. 2.1.2 Синтеровање Металургија представља поступке добијања и коришћења метала, важних полуметала и неких нематала. Металургија праха је грана металургије, која се бави производњом и даљом обрадом метала у облику праха. Металургија праха се раније називала и „метална керамика”, чиме се желело изразити да се користе поступци који су иначе уобичајени у керамици [Eis66]. Класично синтеровање метала представља технологију у области металургије праха. Класичним синтеровањем се производе машински елементи од металног праха тако што се прах у калупима под притиском згусне, чиме се постиже одређени облик. Како би се додатно постигла и жељена чврстоћа, следи конкретно синтеровање, у смислу загревања, обично на температури која представља око три четвртине температуре топљења датог метала. На тај начин се стварају чврсте везе на додирним тачкама зрна праха, а том приликом, поред загревања, долази и до додатног згушњавања. Кораци технологије синтеровања су [Eis66]: производња праха разним методама и провера квалитета праха, пресовања металног праха, синтеровања у смислу загревања, накнадне механичке обраде, обраде површина и накнадне термичке обраде. Наведена дефиниција синтеровања као загревања згуснутог праха на око ¾ температуре топљења датог метала, изворно потиче из примера синтеровања гвожђа, где је температура синтеровања знатно нижа од температуре топљења гвожђа, па се ово назива синтеровањем у чврстој фази. Код синтеровања тврдих метала, ради се о елементу који се састоји од неколико метала, на пример волфрама, угљеника и кобалта, а често су укључени и додатни елементи. У процесу који следи прво се уједине волфрам и угљеник из облика праха у волфрам-карбид, а затим се у даљем радном кораку изврши синтеровање ове смеше на температури под којом се кобалт истопи. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-6 Удео кобалта у легури износи око 10%, тако да самим тим кобалт успева само да обавије честице волфрам-карбида. Оне се нису истопиле, јер је њихова температура топљења знатно виша од кобалта. Резултат је веома чврст и тврд синтерован елемент који је настао синтеровањем у течној фази [Eis66]. Металургија праха има за циљ да произведе елементе који имају нове особине које се нису могле постићи већ постојећим методама. На пример, добијање легуре као што је волфрам-бакар, не може се остварити топљењем. Такође, још један пример је и комбинација метала и неметала, где долази до заједничког деловања особина компоненти. Предност металургије праха је непосредно и јефтино постизање сложених облика крајњег елемента, а поступак производње се може компленто аутоматизовати [Eis66]. Код металургије праха проблематични су трошкови производње праха, а производња квалитетних калупа такође изазива високе трошкове који се економски могу компензовати једино у великим серијама елемената. Битан фактор је и цена пећи за синтеровање где је потребно обезбедити специјалну атмосферу или вакум. У случајевима када је потребна додатна обрада површина синтерованих елемената долази до додатног повећања цене коштања. Проблемима производње елемената на стандардни начин доприносе и веома компликоване геометрије које се не могу произвести у калупу. На крају, синтеровани елементи су увек порозни. У одређеним случајевима порозност је пожељна, али у ситуацијама када то није, потребно је извршити инфилтрацију других метала у поре настале синтеровањем, што доприноси подизању трошкова који често нису прихватљиви. 2.1.3 Основни принципи синтеровања Када се метал уситњава да би се произвео прах, доводи се спољна механичка енергија да би се превазишли површински напони метала који се уситњава. Слика 2.3 Модел процеса синтеровања за два зрна праха. Теоријски део 2-7 Спољна површина се знатно повећава и то доводи до енергијске неравнотеже зрна праха произведених на тај начин. Када са касније прах механички згушњава и почне његово синтеровање, пре свега енергија загревања поспешује дифузионе процесе, где долази до размене атома у решеткама, што зрна праха враћа у стање енергијске равнотеже. Основа процеса синтеровања је разлика енергија између почетног и крајњег стадијума [Fae02]. Током процеса долази до редукције површина и разграђивања дефеката, што смањује диференцију слободне енергије. Најважнији чиниоци процеса синтеровања су: време трајања синтеровања, температура у пећи и почетна густина употребљеног праха [Fae02], [Scha07], [Ger96]. Скица феноменолошког приступа објашњења синтеровања је приказана на слици 2. 3. Виде се следећа карактеристична стања: а) почетни контакт у једној тачки, б) почетни стадијум стварања врат, в) интензивни стадијум пораста врата и г) крајње стање у касном стадијуму синтеровања. Упоређење детаља б и в слике 2.3. показује како долази до приближавања центара зрна и до стварања тзв. „врата” који повезује зрна. Следећа једначина показује утицање фактора времена t на приближавање зрна праха: m n D tB D X        (2.1) при чему је:  X - пречник „врата”  D - пречник зрна праха  B - фактор параметара материјала  t - време  n - експонент који зависи од материјала  m - експонент који зависи од материјала. Једначина (2.1) показује најважније зависности у процесу синтеровања, а да би се константе B и експоненти n и m одредили, мора се експериментално доћи до одговарајућих графикона. Утицај температуре која влада током синтеровања је садржана у фактору параметара материјала. Виша температура синтеровања доводи до већег приближавања зрна и тиме води ка већој густини, што опет резултира већом чврстоћом синтерованог елемента. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-8 Карактеристике праха су величина зрна, расподела величине зрна и облик зрна. Сходно једначини (2.1) мања величина зрна доводи до веће густине и веће чврстоће, а свеукупно убрзава процес синтеровања. На крају, већа почетна густина употребљеног праха доводи до мање порозности и веће крајње густине [Fae02], [Ger96]. Микроскопски гледано, при синтеровању долази до транспорта материјала од граница зрна у поре на основу разних дифузионих процеса. За згушњавање је пре свега одговорна дифузија по граници зрна. Овде долази до смањења слободне енергије површина, која резултира знатно гушћем, монолитичном крајњем стању. Слика 2.4. показује детаље дифузије границе зрна, површине и запремине. Слика 2.4 Дифузија границе зрна, површине и запремине. Слика 2.5 Почетна и крајња структура симулације синтеровања. На слици 2.5. је приказана дифузија материјала, са макроскопске тачке гледишта. На левој страни приказан је један пример почетне структуре, док је на десној приказана иста структура након што је дошло до згушњавања, тј. смањења свеукупне запремине. Теоријски део 2-9 2.1.4 Појмови „Rapid Prototyping” , „Rapid Tooling”, „Rapid Manutacturing” У вези са ласерским синтеровањем, како индиректним ILSM, тако и директним DLSM, у публикацијама се користе појмови „Rapid Prototyping (RP)“, „Rapid Tooling (RT)“ и „Rapid Manufacturing (RM)“. Аутори разних публикација на ову тему, не разликују увек у каквој су релацији RP, RT и RM у односу на DLSM и ILSM, што често изазива неспоразуме. Наиме Rapid Prototyping (RP) означава генеративни производни поступак, чија је главна одлика могућност веома брзе производње модела и прототипа. Међутим, прототипови нису увек израђени чак ни од истог материјала од кога ће бити израђен серијски производ. Понекад се прототипови израђују од материјала који са материјалом серијског производа нема чак ни сличности. Код таквих прототипова се фокус усмерава на пример једино на облик или нешто друго. Међутим, генеративни поступци DLSM и ILSM су предвиђени за производњу мањих и већих серија, с тим што се користе за производњу модела и прототипова. Из наведеног разлога је од стране аутора водећих дисертација из ове научне обласи, уследила препорука да се појам RP не користи као апсолутан синоним за генеративне поступке DLSM и ILSM. Позиција RP на временској оси процеса настанка производа, је одмах након што је израђен концепт машинског елемента. Са RT се означава фаза тј. поступак који се на временској оси налази у пројектној фази инжињеринга. Дакле, RT је нешто каснија фаза унутар процеса настанка производа. Rapid Manufacturing (RM) је каснија фаза процеса настанка производа, када је већ постигнута одговарајућа „зрелост“ производа за веће серије. Из тог разлога се DLSM и ILSM могу уврстити такође у RT и RM, а не само у RP, што је битно, како не би долазило до нејасноћа. Када се ради о позицији DLSM и ILSM унутар RP, онда је важно да је изузетно брза изведба конструкције инжењера увек могућа. Да би се то доследно постизало, потребно је располагати већим капацитетима DLSM и ILSM постројења. Економски гледано, тиме се не постиже висок степен искоришћења производних капацитета. Међутим, та цена се мора платити, како би захтеви који се постављају у односу на DLSM и ILSM, били заиста испуњени. Важно je истаћи и то, да се појмови „Rapid Prototyping (RP)“, „Rapid Tooling (RT)“ и „Rapid Manufacturing (RM)“ у литератури обухватају једним заједничким називом „e- Manufacturing“ у смислу брзе и флексибилне производње директно из електронских података конструктора. За назив RM користе се као синоними и називи „Solid Freeform Manufacturing“, „Additive Manufacturing“ и „Layer Manufacturing“. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-10 2.1.5 Поступак диркетног ласерског синтеровања DLSM Директно ласерско синтеровање метала DLSM у односу на индиректно ласерско синтеровања метала ILSM је новији поступак и састоји се од само једног процесног корака [Ove03]. Тренутно у области директног ласерског синтеровања, поред директног ласерског синтеровањa метала DLSM, постоје и технологије које се називају Selective Laser Melting (SLM) и Laser CUISING. Све три технологије заснивају се на истом физичком принципу, а разликују се пре свега у врстама материјала који се могу синтеровати. Тако се код DLSM синтерују мешавине праха, а код SLM и Laser CUISING се синтерују метали само једне компоненте. Осим тога, разлике међу њима леже и у „стратегијама скенирања“. Унутар тематике стратегија скенирања, важан појам је „вектор скенирања“ који означава површину коју ласерска глава синтерује у појединачном кораку без прекида. Постоји још једна метода генеративног поступка, која има велике сличности са директним ласерским синтеровањем па се често спомије у контексту теме DLSM: то је синтеровање елетронским млазом („Electron Beam Melting” (EBM) [Mei05]). За разлику од директног ласерског синтеровања, код EBM се као извор енергије синтеровања користи електронски млаз који се производи електродама, између којих влада електрични напон од неколико десетина kV . Овде сe предности огледају у могућности веома динамичног управљања скретања електронског млаза магнетним намотајима. Дакле, за разлику од ласерских система, код EBM не постоје проблеми инерције модула за скретање. Лоше стране EBM су нижа прецизност него код DLSM и проблеми око превелике храпавости површина. Ипак, EBM се интензивно и даље развија (опција вишеструких млазова) па EBM има великог потенцијала унутар генеративних поступака. На сликама 2.6.1 до 2.6.6 су приказане скице поступка директног ласерског синтеровања [Mei05]:  машински део се изграђује на основи (слика 2.6.1)  резервоар доводи метални прах и наноси први слој (слика 2.6.1)  ласер учвршћује метални прах првог слоја, сходно информацијама из STL интерфејса и производних информација (слика 2.6.2)  аналогно првом слоју, издрађује се други слој. Ласер синтерује други слој и истовремено повезује актуелни слој са слојем испод њега (слика 2.6.3)  слике 2.6.4 и 2.6.5 показују синтеровање трећег слој и  cлика 2.6.6 показује израду четвртог слоја. Теоријски део 2-11 На тај начин се формирају појединачни слојеви елемента који се гради. Слојеви имају дебљину од око 50 µm до 80 µm. Овакав принцип се у литератури уопштено назива селективним ласерским синтеровањем SLS па је скраћеница SLS често присутна и њено мешање са скраћеницом SLM није дозвољено. Слика 2.6.1 Наношење првог слоја праха. Слика 2.6.2 Синтеровање делова првог слоја праха. Слика 2.6.3 Синтеровање делова другог слоја праха. Слика 2.6.4 Синтеровање првог дела трећег слоја праха. Слика 2.6.5 Синтеровање другог дела трећег слоја праха. Слика 2.6.6 Синтеровање другог дела четвртог слоја праха. Слика 2.6 Скице поступка директног ласерског синтеровања. Треба нагласити да је SLS термички процес који је био употребљаван релативно давно у области процесирања термопласта али је касније дошло до његове примене и код синтеровања металног праха [Fae02], [Nel93], [Ste00]. Извор енергије за синтеровање су разне врсте ласера снаге од 200 W до 400 W. Поред гасних ласера HeCd-, Ar+- или CO2 ласера, углавном се употребљавају ласери са чврстим језгром односно Nd-YAG или YAG ласери. На сликама 2.6.1 до 2.6.6 је приказана метода довођења праха која се назива метода левка. Осим ове методе, у пракси се у сврху наношења новог слоја праха често користе и друге методе, као што су методе ваљка и метода лењира. Овде се елемент који се гради, налази на једној вертикално покретној плочи (подлози), која се налази посуди. Посуда се ваљком или лењиром, гурањем праха са стране (из резервара који се налази са стране) доводи прах на површину. За наношење новог слоја се плоча, на којој се налази елемент, прецизним серво мотором спушта за висину дебљине новог слоја. Резервоар, у коме се налази прах, лежи у посуди, а истовремено и на металној вертикално покретној плочи, па се приликом сваке итерације, плоча у резервоару симултано моторно подиже, како би ваљку тј. лењиру била стављена на располагање Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-12 нова доза праха за гурање. Једна од најновијих метода довођења праха је „поступак сита” [Sig07], где се малим мотором постиже вибрација сита, које се креће на извесној висини изнад површине где се наноси прах. Прах пада кроз сито, а током падања се образује „облак праха” између сита и површине. Предност ове нове конструкције је решење проблема досадашњих метода, као што су агломерација праха током сипања или гурања праха и директни додир механизма за наношење са површином. Додатна предност је и то што механизми не морају да буду отпорни на високе температуре. Постоје и друге идеје решења довођења праха, које се тренутно развијају. У примени SLS принципа унутар DLSM технологије, разликује се синтеровање металног праха које се састоји од једне компоненте и металног праха који се састоји од више компоненти. На основу веома високих температура које настају приликом уношења енергије ласера у прах који се састоји само од једне компоненте, долази до потешкоћа. Овде настаје нежељена порозност, јављају се велики напони који деформишу облик па је квалитет површине лош [Fae02]. Док су код термопласта у оваквом поступку површински напони били за неколико редова величина мањи, код метала који се састоји од само једне компоненте настају велики индуковани напони, па се овај поступак примењује једино код веома малих елемената [Mei99]. Синтеровање металног праха који се састоји од више компоненти решава претходно споменуте проблеме тако што се за SLS процес праве мешавине праха које се састоје из прве компоненте која се топи на нижој температури и друге компоненте са вишом температуром топљења [Bra10]. Компонента са нижом температуром топљења се под утицајем енергија ласера топи и почиње да се обавија око друге компоненте. Прва компонента има улогу везивне компоненте. Зрна праха друге компоненте се не спајају, тј. не улазе у међусобну хемијску реакцију. Слика 2.7 Модели скенирања DLSM технологије. На слици 2.7. у детаљу 1, приказан је модел скенирања где дужина вектора скенирања износи вишеструки износ његове ширине. На слици 2.7. у детаљу 2 су приказани поређани кратки вектори, према распореду који се у литератури често назива „island“-тип вектора скенирања. Могуће су и разне комбинације приказаних стратегија Теоријски део 2-13 скенирања. Велика предност дирекног поступка ласерског синтеровања метала је у томе што се изводи само један процесни корак. Тиме цела процедура очвршћавања у пећи [Ove03], која иначе постоји код индиректног поступка, сада постаје непотребна, што доводи до знатно краћег времена производње. Ипак, директна метода има и недостатака: храпавост површина, тешкоће око толеранција, често недовољна чврстоћа и недовљно уједначен квалитет производа од узорка до узорка. Такође, током описаних векторских скенирања диркетном методом синтеровања, долази до много већег броја физичких феномена него што је то случај код индиректних метода, па је управљање процесом компликованије. Као последица тога, у неким случајевима настају пукотине и понекад долази до рушења „ћелијских геометрија“ („cell unit geometries”). Ћелијске геометрије се користе да би се постигла знатна уштеда материјала, смањила тежина и повећала крутост израђених машинских делова [Fae02]. а) „honey comb“ б) квадрат в) коцка г) тетраедар Слика 2.8 Ћелијске геометрије. Облици ћелијских геометрија могу бити веома разнолики. На слици 2.8. су приказане неке уобичајене ћелијске геометрије: а) структура „тунела“ облика „ћелија саћа“ („honey comb“), б) структура са квадратним обликом основице, в) структура коцке и комплекснија структура г) тетраедар, код којих су зидови ћелија у тој мери редуцирани да остају само ивице, које се тада називају „ребрима“. Овим се постиже даља редукција тежине при готово истим механичким одликама, а „рупе“ у зидовима користе и за то да би се избацио прах који остане након синтеровања. Грађење делова оваквим ћелијским геометријама назива се „designed porosity” и доноси велике предности, нарочито са циљем постизања израде чврстих, а истовремено лаганих, порозних и шупљикавих металних делова. Порозне површине су од нарочитог значаја због постизања могућности лепљења делова произведених DLSM технологијом на површине од полимера. Узорак који је израђен DLSM методом у лабораторијама Фраунхофер Института у Немачкој [FRA], који је главни узорак на коме се показује овде представљена KTUD метода, садржи целуларну геометрију са квадратним обликом основице. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-14 2.1.6 Поступак индиректног ласерског синтеровања ILSM Код поступка индиректног ласерског синтеровања метала („ILSM”) у првом производно-радном кораку се селективно учвршћују зрна полимера, која су помешана са металним зрнима праха. Тек се у другом кораку, у пећи, помоћу два степена дефинисаних изотермијских температурних профила, постиже коначно синтеровање металних честица [Bad95]. ILSM поступак је старији од DLSM поступка који је у међувремену етаблиран и доведен до релативно високог степена развијености [Fae02]. Недостаци овог поступка су дуже време производње и мањи број легура које се могу обрадити. Слика 2.9 ILSM елемент у тиглу [Fae02]. Слика 2.10 Кораци ILSM поступка. Индиректно ласерско синтеровање метала се конкретно изводи тако, што се обрађује мешавина која се састоји од металног праха и праха полимера [Fae02]. Та мешавина праха се најпре обрађује SLS поступком (селективно ласерко синтеровање) при чему је снага ласера димензионисана тако да постиже топљење полимерског праха. Истопљени прах полимера облепљује зрна металног праха. Сама зрна метала у овој фази, међусобно не ступају ни у какву реакцију тј. међу њима не долази ни до каквог повезивања. Пошто се истопљени полимер након третмана ласером охлади, настаје елемент прве фазе, чија је чврстоћа тек толика да се елемент може пажљиво преместити у пећ за даљу термичку обраду. Овим је прва фаза ILSM поступка, дакле SLS фаза, послужила да се реализује обликовање елемента, рачунарским методама као што је описано у DLSM методи: 3D CAD конструкција, STL конверзија и SLICE процес у 2D. То значи да се као и код DLSM поступка првом фазом ILSM методе омогућава Теоријски део 2-15 извођење високо комплексних унутрашњих и спољашњих геометрија и елемент је спреман да се из постројења за SLS поступак, премести у пећ. Слика 2.11 Температурни дијаграм поступка ILSM [Fae02]. На слици 2.9. се види како се елемент (а) који је премештен у пећ поставља у посуду које са назива „тигл” (б) на чијем се дну налази подлога у облику плоче од алуминијумског оксида (в). Тада се, без притиска, елемент подвргава другој фази процеса ILSM методе. Та друга фаза се састоји од вишестепеног загревања у пећи за синтеровање: на прва два температурна нивоа, на пример на температурама од 380 °C и 420 °C, долази до потискивања полимера из елемента. Затим се даљим загревањем, на температури од 1060 °C, постиже синтеровање зрна металног праха. Производ је након тога порозан, нарочито када је употребљен метални прах од гвожђа. У таквом случају, типичном за методу ILSM, пожељно је затворити поре, а то се изводи инфилтрирањем јеног додатног метала између пора честица гвожђа. У ту сврху се у пећ са свих страна елемента поставе блокови од бакра (г) који се ослањају на носаче (д). Сада се целокупни тигл, у коме се налазе елементи окружени бакарним полугама, до врха „залива” прахом (ђ) од алуминијум оксида 32OAl . Ово се назива препарација тигла за фазу инфилтрације бакра у поре елемента. Кораци ILSM поступка су приказани на слици 2.10. На температури од око 1140 °C долази до инфилтрације бакра у елементима гвожђа. Резултат оваквог ILSM поступка је елемент који се састоји од око 60% гвожђа и 40% инфилтрата (бакра) [Fae02]. Након вађења из пећи и постепеног хлађења, елемент се вади из тигла и спреман је за финалну обраду површине конвенционалним Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-16 машинским методама. На слици 2.11. се види температурни дијаграм поступка ILSM na наведеном примеру: Разлог за потребу финалне обраде површина је тај, што се претходно описан елемент од гвожђа, инфилтриран бакром, најчешће производи генеративним поступком да служи као алатка или као калуп за ливење. То је и разлог зашто је непоходно инфилтрирање бакром, јер би иначе висок степен порозности елемента од гвожђа, спречила могућност његове употребе као калупа за ливење. 2.1.7 Актуелно стање у вези DLSM поступка У развоју генеративних технологија и нарочито у области ласерског а нарочито директног ласерског синтеровања метала, постоји велика динамика. Сваке године на тржишту се појављује по неколико нових произођача адекватних постројења, а годишње се пријављује преко стотину нових патената из ове области. Преглед над актуелним стањем у овом сегменту науке и индустрије пружају бројне публикације у стручним часописима широм света, а структуриран преглед даје и журнал „Wohlers Report” [Woh09] који се објављује годишње. У овом извештају се редовно и детаљно извештава о најновијим достигнућима, објашњавају се бројни нови појмови и даје се приказ инвестиција као и приватних и државних научних програма. Наводе се разне примене, важне конструкционе измене, нови концепцијски модели, описи помоћних система, па чак и адаптација и примене ласерског синтеровања у вајарству и уметности. У сваком броју се обради и по нека област из историје развоја генеративних технологија. Економске анализе пораста продаје постројења су исто тако редовна тема, као и навођење статистичких података броја произведених елемената тј. делова, и процене економске перспективе учесника у овим технологијама. За све који се интересују за набавку нових уређаја, наводи се релативно комплетна листа произвођача одговарајућих производних постројења. Произвођачи се додатно категоризују по областима примена, по континентима, регионима, по величини серија делова који се могу произвести помоћу датих постројења. Заинтересовани посматрачи најновијих трендова унутар ове технологије такође редовно прегледају базе података установа за пријаве патената. Како би се стекао преглед над произвођачима, системима, материјалима и широком спектру разних компоненти из окружења ове области, веома су информативни и специјализовани сајмови из области постројења и материјала. Теоријски део 2-17 2.1.8 DLSM техника у развоју У области DLSM технологије, на интернационалном нивоу се ради на оптимизацији најразличитијих фактора. Тако се на пример експериментално испитују [Bra10]:  ефективне снаге ласера,  степен рефлектовања енергије ласера од стране материјала и мера апсорпције енергије материјала,  предзагревање првим ласером, а завршно синтеровање другим ласером,  упоређивање резултата разних врста ласера на једну те исту легуру,  кретања ласера (геометрија покрета и брзина скенирања ласерске главе),  димензије вектора скенирања,  испробавање разних мешавина металног праха,  испробавање разних величина и облика зрна металног праха,  утицај атмосфере унутар простора синтеровања,  оптимизација појединачних слојева: њихове равнине, неравнине и дебљине,  постизање специјалне храпавости и порозности благим померањем положаја вектора скенирања у односу на претходни положај ... Слика 2.12 Снимак DLSM металног елемента. Још једно поље истраживања је побољшање познавања особина употребљених материјала. Нарочито у области свемирске технике, обавезно је високостепено познавање својстава употребљених материјала, а осим тога овде постоји захтев да материјали имају исте особине као што је то случај унутар досадашњих конвенционалних техника. Главна оријентација је ка алуминијумским материјалима и титанијуму, јер они чине основу материјала свемирске технике. Даље је значајно побољшање толеранција. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-18 Код DLSM толеранција тренутно износи неких 0,1 mm, па је јасно да у неким случајевима ово није довољно прецизно, тако да се DLSM мора комбиновати са конвенционалним машинским техникама, како би се постигла потребна тачност [Kru05]. Нежељене поре, пукотине и већ споменуто рушење ћелијских геометрија, стварају додатне проблеме. Метални делови произведени DLSM техником још увек веома често садрже овакве проблеме, који настају пре свега због великог термичког стреса током ласерског скенирања. На слици 2.12 је приказана фотографија једног узорка израђеног DLSM методом у лабораторијама Фраунхофер Института у Немачкој, где се препознају споменуте ћелије које су у овом случају правоугаоне, као и поједини настали дефекти у смислу рушења појединих „зидова ћелија“. Додатна тема је поузданост поступка и гаранција нивоа квалитета у смислу менаџмента квалитета [Kru05]. У овој области важе сви критеријуми који су већ у другим областима индустрије веома строго дефинисани. Ово обухвата менаџмент квалитета сваког појединачног тока процеса тј. појединачних процесних корака, менаџмент квалитета употребљених производних система и на крају, што је од нарочитог значаја за тему овог рада, менаџмент квалитета резултата DLSM. И ако су све три наведене области менаџмента квалитета повезане, оне не представљају идентичне скупове. Потребно је најпре прецизно дефинисати све критеријуме релевантне за тражени квалитет, а затим израдити механизме за њихово поуздано постизање. У свемирској техници, сви поступци морају се увек репродуковати са високом поузданошћу, па на овом пољу остаје да се још много тога реши и постигне. Да би се ови високи циљеви тј. захтеви постигли, од великог значаја је подршка даљег развоја путем :  побољшања самог производног процеса директног ласерког синтеровања метала,  унапређењем нумеричке симулације,  новим методама дефектоскопије готових производа за извођење контроле квалитета. Важно је да се представљањем методе квадрофонске трансмисионe ултразвучне дефектоскопије (KTUD) пружи конкретан допринос развоју DLSM техникe. Наравно, дефинитвно тестирање квалитета производа израђених DLSM техником се реализује у орбиталној ситуацији [Kru05]. Теоријски део 2-19 2.1.9 Рачунарске симулације поступка синтеровања Рачунарске симулације су спона између теорије и реалног извођења експеримената процеса синтеровања. У данашње време ефикасне рачунарске симулације су омогућене развојем савремених рачунарских система који располажу од неколико стотина па све до неколико хиљада процесора [Won08]. Да би се постиглa конкуретност на тржишту мора се обезбедити економичност DLSM система уз истовремену поузданост производног процеса [Bra10]. И поред великог напретка, који је постигнут последњих година, поузданост производних процеса DLSM још увек није на највишем нивоу. Са циљем постизања тзв. „first-time-right” производње, врше се интензивна научно-техничка истраживања, нарочито у експерименталном делу [Bra10], [Zae06]. Разлог нестабилности процеса су бројни нестационарни физички феномени током процеса синтеровања [Bra10], [Zae06]. Научни радови посвећени новим концептима рачунарске симу лације, говоре о узимању у обзир што већег броја претходно споменутих чинилаца, како би се постигао значајан напредак у квалитету симулација [Bra10]. При симулацији се најпре разматрају основе комплексних физичких процеса, које се деле на термичке феномене и термомеханичке физичке феномене. Рачунарски поступак симулације обликује се тако да се програмирају посебни модули за:  термичке процесе (кондукција, конвекција, радијација) методом „Finite Elemente”,  термомеханичке процесе, на пример помоћу „Njutn-Rapson” методе,  податке о појединачним слојевима синтеровања (геометријски подаци, дебљине слојева, стратегија скенирања),  податке о материјалу (својства металног праха, дилатација, еластичност...). Овако се постиже могућност прецизне конфигурације појединачних модула, бољи пренос симулационих података током извођења симулације и тиме остваривање високог степена ефикасности прорачуна и тачност резултата [Bra10]. Тежи се ка томе да се уноси што већи број симулационих података који се тичу следећих величина [Mei05]:  материјал, прах: легура, хемијске особине, топлотне проводљивости и топлотна капацитивност, температура топљења, величина, облик, механичке особине зрна, густина, дебљина слоја и температура предзагревања,  ласер: тип, снага, површина снопа светлости,  простор за изградњу: атмосфера, запремина, димензије, вакум, Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-20  део који се гради: облик, геометрија, положај у простору за изградњу,  скенирање: брзина скенирања, стратегија скенирања. Рачунарска симулација омогућава да се симулирани процес може много пута понављати и да се изврши велики број оптимизација у смислу подешавања наведених параметара. Да би се описао систем који је заснован на методама које третирају честице материјала, постоје два различита приступа [Won08].  Микроскопски приступ, када се полази од микроскопског стања да би се дошло до закључака о макроскопским својствима материјала. Ово је приступ који је познат и под именом „Bottom Up“ или „Bottom Up Approach”, што у преводу значи „приступ од дна према врху”.  Макроскопски приступ је познат под именом „Top Down“ или „Top Down Approach” што значи „од врха према дну“, где се полази од макроскопских законитости да би се формулисале релације између честица које представљају материјал. Микроскопски приступ се изводи тако да се дефинишу индивидуална својства честица. Свака појединачна честица система описује се својом масом im , просторним вектором ir  и вектором брзине iv  . Kada су дозвољене ротације, додаје се момент инерције Ii као и вектор угаоне брзине i  . На слици. 2.13. види се приказ својстава система честица. Слика 2.13. Приказ својстава система честица [Won08]. Временска промена координата честица произилази из следећих једначина: ii vr dt d   (2.2) tot iii Fv dt d m   (2.3) Теоријски део 2-21 У овим изразима tot iF  означава укупну силу која делује на једну честицу и састоји се од суме свих сила између честица ijF  као и спољних (екстерних) сила ex iF  .    ij ex iij tot i FFF  (2.4) Практичнa реализација симулације система (кога чине све честице) тече тако да се из стања система у временском тренутку t прорачунава ново стање система у временском тренутку tt  , при чему је t довољно мали временски интервал [Won08]. Макроскопски приступ се изводи тако да се симулирани медијум, дискретизује у облик појединачних честица, при чему силе међусобних релација овде не произилазе из микроскопских релација, већ из макроскопских релација. Овај приступ је познат и под именом „Smoothed Particle Hydrodynamics”, a био је развијен за примене у астрофизици, па је касније почела његова примена и рачунарским симулацијама у другим дисциплинама. У симулацији се полази од Navier-Stokes једначинe, којa je основа кретања флуида. Општи облик Navier Stokes једначине је: f   Τvv v   p t )( (2.5) где су:   густина медијума  v брзина кретања флуида и  p притисак  T тензор напрезања и  f екстерне силе (по јединици запремине). За разлику од микроскопског приступа, код макроскопског приступа силе су директно одређене. Оне следе из дискретизације макроскопских конститутивних једначина. Како у микроскопском тако и у макроскопском приступу, медијум се представља паровима честица које су у релацији једна са другом. У микроскопском поступку се честице посматрају као стварни представници микроскопских особина материјала, чиме се из њихове расподеле и динамике могу пружити директни искази о микроструктури. Насупрот томе, код макроскопског приступа прво су само покретни пакети масе, на чијим се позицијама дискретизују одговарајуће конститутивне једначине, позиција честица у овом случају није од значаја. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-22 Оба приступа имају своје предности и мане, а њихова примена зависи од тога који се феномени желе симулирати. Микроскопским приступом се пре свега испитују дејства микроскопских ефеката на макроскопско понашање, а недостатак је што је број честица који је потребан за симулацију огроман. Предност макроскопског приступа је да се компликовани макроскопски ефекти боље представљају. Резолуцију (тј. растојање између честица) је у овом случају могуће изабрати по жељи. 2.1.10 Ток рачунарске симулације У основи конкретног програма рачунарске симулације лежи програмска петља у оквиру које се за сваки временски интервал t израчунавају положај и брзина честице и остале напред описане величине [Won08]. Број програмских пролазака кроз петљу обично износи од један милион па до једну милијарду, а у зависности од постављеног циља, расположивих рачунарских ресурса, времена које стоји на располагању за симулацију, броја симулација које се у оквиру једног временског периода желе извести итд. Дијаграм програма симулације је приказан на слици 2.14. Слика 2.14 Дијаграм тока програма симулације [Won08]. Пред почетак тока програма дефинишу се сви потребни почетни параметри који су у претходном излагању наведени. Симулација почиње након извршених припрема, а томе следи учитавање података свих потребних почетних параметара. Следећи корак је програмско извођење математичког алгоритма којим се унутар једног проласка кроз програмску петљу пропагирају позиције и брзине честица. Након тога се за сваку појединачну честицу одређује са којом другом честицом ступа у интеракцију. После прорачуна ”суседа”, наступа прорачун величина интерполације, а пажња се нарочито Теоријски део 2-23 посвећује прорачуну густине. Следећи корак представља прорачун сила (полази се од сила које имају кратак домет и чији интензитет после извесног растојања тежи нули). Када је ово урађено, добијене вредности сила се убацују у програмску реализацију математичког алгоритма за следећи временски интервал. Након провере да ли је почетно дефинисани број пролазака кроз програмску петљу постигнут, одлучује се да ли ће доћи до поновног извођења петље. 2.1.11 Дефектоскопија делова добијених DLSM поступком Машински делови произведени директним ласерским синтеровањем DLSM не само да су сами по себи порозни, већ и ћелијске геометрије уносе велику додатну шупљикавост материјала. Дефектоскопија код делова произведених по DLSM поступку се најчешће изводи методама без разарања. Код синтерованих узорака добијених DLMS методом првентствено се користи рендгенска томографија. Међутим, ова метода је релативно скупа и компликована, а повезана је и са високим стандардима заштите од зрачења. Испитивања ултразвуком са апаратима који су тренутно најзаступљенији (тзв. импулсна ехо техника), на жалост нису могућа, и поред тога што би била веома пожељна. Ради се о томе, да сигнали импулсне ехо технике доживљавају велику апсорпцију од стране порозног материјала, а шупљине „ћелија“ доводе до комплетног „рушења“ ултразвука на основу рефлексија унутар ћелија. Ултразвучна дефектоскопија импулсном ехо техником користи веома високе фреквенције, реда величине од неколико мегахерца, а фактор апсорбције унутар материјала расте са четвртим експонентом фреквенције [Kut88]. На слици 2.15. је приказан узорак од материјала AlSi12, који је ласерски синтерован DLSM методом на Фраунхофер институту у Немачкој, у сврху извођења експерименталних мерења, чији су резултати приказани у овој дисертацији. На десној страни слике се види детаљ правоугаоне ћелијске структуре узорка. Хемијска и механичка својства за овај узорак су наведенa у поглављу 4.2. Слика 2.15 Узорак материјала AlSi12, који је ласерски синтерован DLSM методом на Фраунхофер институту у Немачкој. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-24 2.2 Техника ултразвука Акустика, као област физике, је научна област о звуку и његовом ширењу. Акустика обухвата све феномене звучних таласа, као што су њихово генерисање, ширење, апсорпција итд. Осим тога, ова дисциплина се бави и интеракцијама звука и материјала, а бави се и темом људске перцепције звука слухом и деловањем звука на људе и животиње. Првим научним истраживањем су се бавили још у древној Грчкој (Pythagoras из Самоса, 570–510 год. пре Христа испитује релације између дужине жица и висине тонова музичких инструмената; Chrysippos из Соли 281–208 год. пре Христа је приметио сличност облика звучног таласа са таласом на води). Стари Грци су проучавали и изграђивали позоришта по принципима акустике. Акустика је интердисциплинарна наука, која се заснива на сазнањима бројних научних дисциплина, а где поред физике улогу игра и психологија, информатика и наука о материјалима. Једна од значајних примена акустике је истраживање и редукција буке. У важне примене науке о акустици такође спада и медицинска дијагностика као и дефектоскопија материјала у техници и науци. 2.2.1 Звучни таласи Звучни таласи се могу распростирати у чврстом, течном и гасовитом агрегатном стању. Звучни таласи се специјално називају ултразвучним таласима или ултразвуком, када им је фреквенција већа од 20 kHz. Важно је напоменути да чисто физички гледано не постоји јасна граница између звука и ултразвука. Граница од 20 kHz је узета произвољно као граница која се најчешће наводи као горња граница опсега чула слуха код човека [Sor02]. Наравно и код људи је ова граница различита и мења се током живота са годинама. Слика 2.16 Фреквенцијски опсези звука. Теоријски део 2-25 Инфразвук је звук који има фреквенцијски опсег који је нижи од опсега људског чула слуха, дакле мање од 20 Hz. Инфразвук се користи у сеизмологији, за праћење кретања тла и потреса тла. Слика 2.16. приказује преглед опсега звучних фреквенција, где се такође види, да се звучне фреквенције реда величине изнад 108 Hz називају хиперзвуком: У природи и техници постоји много разних механичких, електричних, магнетних, оптичких и других појава које се одвијају периодично. Неке таласе је могуће посматрати голим оком, али је велики број области где се одвијају таласни феномени које човек не може директно регистровати својим чулима. Звучни талас је механички талас где честице материје осцилују око свог сопственог тежишта. Код звучних фреквенција које људи могу да чују, амплитуде осцилација су веома мале у односу на таласну дужину, а енергија која се преноси је мала. Основа звучног таласа је дакле његово распростирање кроз материју. Слика 2.17 Скица ширења звука [Kut88]. Слика 2.17. приказује скуп честица (1 до 12) које се налазе на подједнаком међусобном растојању x . У тренутку 0t честица број 1 је померена из равнотежног положаја, мировања. Као последица еластичне интеракције са суседима, честица број 2 почиње са истом таквом осцилацијом, али са временским закашњењем од t . Трећа честица започиње са истим таквим осцилацијама, али са дуплим закашњењем. Закључак је да се поремећај стања мировања шири брзином звука c (количник пута и времена). Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-26 Табела 2.1. Брзине распростирања звука кроз разне материјале [Kut88]. Материјал Брзина звука [m/s] Акрилична смола (Perspex®) 2730 Алуминијум 6320 Берилијум 12900 Месинг 4430 Кадмијум 2780 Бакар 4660 Глицерин 1920 Злато 3240 Гвожђе 5900 Олово 2160 Манган 4660 Жива 1450 Молибден 6250 Моторно уље (SAE 20 или 30) 1740 Никл, без примеса 5630 Платина 3960 Полиамид (најлон, Perlon®) 2600 Плистирен поливинилхлорид 2340 PVC, тврди 2395 Сребро 3600 Челик 1020 5890 Челик 302, аустенитни нерђајући 5660 Калај 3320 Титан 6100 Уран 3370 Вода (20 ºC) 1490 Цинк 4170 Цирконијум 4650 Научна дисциплина која се бави преносом енергије звука кроз молекуле, назива се молекуларна акустика. Тежиште молекуларне акустике је испитивање брзине звука и апсорпције звука унутар материје. Као последица утицаја ултразвука, некада долази и до прерасподеле молекуларних структура. На основу детекције таквих измена у структури обликују се модели и извлаче се индиректни закључци о грађи молекула [Sor02]. Феномен фонона унутар молекуларне акустике представља паралелу са фотонима из области оптике [Kut88]. Теоријски део 2-27 Модел грађе кристалних материјала се описује решетком, где између честица („градивних елемената“) делују еластичне силе [Pet91]. Ова решетка никада не мирује, већ се „градивни елементи“ непрестано крећу и са порастом температуре интензивирају. Свака појединачна осцилација представља механички осцилатор, који сходно законим квантне теорије, енергију из своје околине не може да прима у произвољним количинама, већ само у вишеструком износу једног елементарног кванта енергије, који се у молекуларној акустици назива фонон. То исто важи за одавање енергије. Када се чврсто тело које се налази у термичкој равнотежи, подвргне спољашњем ултразвучном таласу, онда се тело више не налази у равнотежи. Равнотежа се након одређеног времена постепено поново успоставља, тиме што се фонони унутар тела расипају. Расипају се пре свега на неравномерностима кристалне структуре, али и на самој решетки. Дакле, ултразвучни талас се апсорбује тако што се његова енергија претвара у топлоту. 2.2.2 Звучно поље Звучно поље је окаракерисано разним величинама која се користе за опис простирања звука кроз материју: просторне координате посматране тачке ( x , y , z ), одступање положаја појединачне тачке у односу на стање мировања (услед осцилације изазване дејством ултразвучног таласа [Kut88]), моментална густина и моментални притисак. Разлика моменталног притиска од притиска у стању мировања се назива звучни притисак. Ако се замисли, да је извор ултразвука тачкаст, онда се од те тачке ултразвучни таласи шире изотропно на све стране у облику сфере (слика 2.18.). Ултразвучни таласи изазивају промене густине, притиска и температуре. Слика 2.18 Деловање тачкастог извора ултразвучног таласа (дводимензионални приказ). Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-28 Деловање ултразвучног таласа (који се простире дуж x -осе) се описује таласном једначином која је дефинисана следећим изразом: 2 2 22 2 1 t p cx p      (2.6) а решење ове једначине гласи: )()(),( ctxGctxFtxp  (2.7) Први члан једначине (2.8) описује промену притиска који се почев од временске тачке t почиње ширити брзином c по x -оси. Однос брзине простирања звука ( c ) и брзине осциловања појединачне тачке око тачке мировања ( xv ) је важна карактеристика материјала. Други члан у једначини (2.8) описује притисак, који почев од тренутка t почиње да се шири брзином c по x -оси са негативним предзнаком. Код сферних таласа површине које имају исто стање осцилације су у облику концентричних сфера. За описивање оваквих таласа уводе се сферне координата тако да таласна једначина гласи: 2 2 22 2 11 t p cr p rr p         (2.8) Решење ове једначине, које је практично примењиво, је [Kut88]: r c r tQ trp             4 ),( 0 (2.9) при чему  Q означава парцијални извод првог реда по времену t . Аргумент функције  Q указује на простирање таласа у смеру растуће радијалне координате r . Дакле, притисак опада са порастом растојања од тачкастог извора звука. Препреке ометају распростирање ултразвучних таласа кроз материју, где под препрекама пре свега, подразумевамо нехомогености материје. Битна величина код распростирања ултразвучног таласа је однос таласне дужине  и димензије препреке d . Ако је d много веће од  , онда се распростирање ултразвука одвија геометријски, а ако је d много мање од  , онда препрека постаје секундарни извор таласа и јавља се дифракција. Наведене појаве знатно утичу на распростирање ултразвука унутар материјала. Теоријски део 2-29 2.2.3 Примене ултразвука Током развоја ултразвучне технологије издвојиле су се поједине самосталне области. На пример, примене ултразвука у медицини поделиле су се на „дијагностичке“ и „терапеутске“. Дијагностичке примене служе испитивању стања и ту ултразвук служи као преносник, тј. сигнал информација. У терапеутским применама се ултразвук користи у унутрашњости материје (тј. пацијенту) где се преноси енергија таласа која изазива жељена дејства [Lie10]. Ултразвучна дијагностика у медицини спада у најважније савремене примене ултразвука. Такође веома значајне и распрострањене примене ултразвука, су дефектоскопија материјала без разарања, ултразвучна обрада материјала и индустријско чишћење материјала путем ултразвука (кавитациона техника). Једна од предност ултразвучне дефектоскопије материјала над рендгенском дефектоскопијом је много мања апсорпција ултразвука у хомогеним материјалима у односу на рендгенске таласе. Ултразвучном дефектоскопијом је могуће пропустити сигнал кроз материјале дебљине до 10 m. При том се прате промене брзине и енергије ултразвучног таласа у зависности од присутности структурних дефеката (шупљина, пукотина...). У лабораторијским условима је могуће обавити високо прецизна мерења промене брзине проласка ултразвука кроз материјале и извести закључке о присуству разних дефеката и других промена у структури узорка. Слика 2.19 Шема поступка мерења брзине звука кроз материјал. На слици 2.19. је приказан принцип где се користи једна ултразвучна глава за емитовање сигнала и једна ултразвучна глава за пријем сигнала, која има улогу сензора. Ултразвучна глава одашиљача емитује кратак импулс у узорак (трајања неколико микросекунди). Након трансмисије кроз узорак, ултразвучна осцилација се у пријемној глави конвертује у електрични напон, који се одводи у електронски склоп који је у стању да временски, веома прецизно, региструје да ли је сигнал пристигао и када и изазива електронски тригер. Овај тригер се користи као сигнал да генератор Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-30 фреквенције произведе нов импулс, који се затим преко одашиљача поново шаље кроз узорак. Тиме се осигурава постојање петље, чије трајање је претходно подешено. То време се мери, а осим тога дигитални бројач мери број пролазака петље бројећи тригерске сигнале. На основу измереног времена и познатих димензија узорка одређује се брзина звука кроз материјал. Ова метода је веома повољна за имплементацију уз коришћење микроконтролера. Недостатак овог (тзв. „Sing-around”) поступка је потреба за изузетно прецизним, а скупим, аналогно дигиталним конверторима потребним за електронски склоп дететекције примљених сигнала. 2.3 Електронска мерења неелектричних величина (сензорика) Електронска мерења неелектричних величина се примењују у областима научног истраживања, развоја техничких апарата, тестирања, у управљању и контроли најразличитијих производних процеса у техничкој пракси [Gol05] и обухватају поступке код којих се физичке величине уз познавање физичких ефеката претварају у електричне величине. се врши на пример за промену Неелектричне величине које се најћешће мере су: положај, температура, сила, притисак, вибрације, проток течности, итд. У поређењу са механичким мерним методама, електрична мерења неелектричних величина пружају велики број предности: релативно мали утицај спољашњих околности на мерену величину, мерни систем има малу инерцију, резултати мерења се добијају у облику који се лако да даље обрађивати, једноставно читање мерних резултата, осетљивост система може да буде веома висока, могућ је скоро неограничен пренос мерних резултата на даљину, истовремено мерење и меморисање резултата. Трошкови оваквог мерења су најчешће мањи од свих других метода. Да би се користиле електричне методе мерења, врши се конверзија неелектричних величина у електричне сигнале помоћу уређаја који се зову улазни мерни претварачи или најчешће сензори. Сензор представља главни и основни елемент улазног уређаја па и целог мерног система. Велика предност добијања електричног сигнала из неелектричне величине је да се за регистровање, приказивање и даљу обраду сигнала могу једноставно користити компоненте електричне мерне технике које су стандардне и тиме не морају бити израђење специјално за дату мерну величину [Mit05]. У наставку овог рада ће се видети да је за потребе реализације KTUD методе, електронски мерни склоп конструисан тако да садржи четири идентична мерна ланца који се састоје из побуде физичког процеса, сензора, адаптера, аналогно дигиталних конвертора и рачунара за процесирање мерних сигнала. Теоријски део 2-31 2.3.1 Сензорика Класификација сензора се може урадити на више начина, а најчешће се то чини према облику енергије носећег сигнала. Тако су на пример најчешћи облици сигнала: термички, зрачење (гама зраци, X-зраци, разни спектри светлосних зрака, итд.), механички, магнетни, хемијски, биолошки, електрични. Даља могућа подела је према принципу рада. Тако постоје импендансни сензори, код којих као излазну величину имамо промену импендансе под утицајем неелектричне мерне величине; сензори са самогенерацијом, који као излазни сигнал имају електромоторну силу, количину наелектрисања или струју, коју непосредно генерише сензор као последицу дејства неелектричне мерне величине и френвенцијски сензори, који дају на излазу периодичан сигнал а чија се фреквенција мења у зависности промене неелектричне мерне величине. Једна од важних подела сензора је и према физичком ефекту на коме се заснива њихов рад. Најчешћи физички принципи који се користе за израду сензора су провођење топлоте, топлотно зрачење, Зебеков ефекат, пироелектрични ефекат, термоелектрични ефекат, Пелтијеов ефекат, Томсонов ефекат, фотогалвански ефекат, фотооптички ефекат, Земанов ефекат, Раманов ефекат итд., као и пиезоелектрични ефекат који је за овај рад од нарочите важности. Даља подела сензора је на активне и пасивне. Код активних мерних сензора, електричне величине се добијају претварањем енергије из механичке, термичке, оптичке или хемијске енергије (стварају се наелектрисања: примери су термоелементи, пиезоелектрични елементи, фотоћелије). Код пасивних сензора се не генерише енергија за пренос сигнала већ се користе спољашњи извор енергије. Електричне величине које се прате су електрични отпор, индуктивност, капацитивност, напон и струја. Типичан пример је отпорни сензор температуре, где се на излазу мерног моста добија напон пропорционалан мереној температури. Може се закључити да су ултразвучни сензори, сензори где се електрична величина (напон), добија претварањем из механичке енергије (звук, осцилације) путем пиезоелектричног ефекта [Mit05]. 2.3.2 Пиезоелектрички ефекат Пиезоелектричним ефектом се назива појава поларизације диелектрика под дејством механичких напрезања. Диелектрицима су материјали код којих су наелектрисања чврсто везана за атоме, молекуле или јоне. Реч пиезо долази од грчке речи „piezein”, што значи притиснути. Пиезоелектрични ефекат су 1880-те године пронашли браћа Jacques и Pierre Curie, када су експериментисали са кристалима турмалина који мењају боју када се на њих погледа са разних страна. На слици 2.20. је Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-32 дат приказ промене електричне поларизације и тиме појаве електричног напона над чврстим телом, у овом случају кристалу кварца, када се изведе еластична деформацијa, односно када се на кристал изврши механички притисак. Супротно томе пиезоелектрични материjали се деформишу када се на њих прикључи електрични напон, што се назива пиезоелектричним реципроцитетом. Слика 2.20 Пиезоелектрични ефект код кристала кварца. Када се на једну плочицу (дефиниција плоче подразумева да су попречне димензије много веће од дебљине) прикључи електрични напон, у плочици настаје електрично поље E . Тада у плочици настаје механички напон σ који одговара односу: Ee  (2.10) Фактор пропорционалности e је својство материјала и назива се пиезоелектрична константа. Када се обрнуто, изврши механички притисак на плочицу и тиме се изазове њена промена дебљине s , онда у плочици настаје диелектрична поларизација заснована пиезоелектричним ефектом. Ако се електроде плочице кратко споје, поларизација плочице изазове наелектрисање диелектричног помераја: seD  (2.11) Од разних категорија диелектричних материјала, за примену пиезоелектричног ефекта се по правилу користе чврсти, активни неоргански диелектрици. Најпознатији пример је монокристални кварц, од кога се за ове сврхе режу танке плочице. Осим кварца, код разних сензора који раде на пиезоелектричном принципу, користе се и други материјали, као кристали литијума, Сењетове соли, ниобати и друго. Користи се и пиезокерамика на бази олово цирконијум-титаната (Pb[ZrxTi1-x]O3 0≤x≤1). Предност пиезокерамика над монокристалима је у могућности да се произведу елементи сложеног облика и величине. Теоријски део 2-33 Индустријски произведене пиезокерамичке плочице су најчешће од керамике и производе се најчешће процесом синтеровања. Непосредно после синтеровања, ове керамике још увек немају пиезоелекричне особине. Пиезоелектрично својство им се даје излагањем керамике јаком електричном пољу, реда величине од неколико 106 mV / , док се материјал загрева непосредно испод Киријеве температуре, а после се изврши хлађење. Овако наметнут пиезоелетрични ефекат после тога је постојан. На слици 2.21. су приказана два стања решетке кристала керамике у смислу пиезоелектричног ефекта, пре и после излагања електричном пољу. Слика 2.21 Кристали керамике пре и после излагања електричном пољу. PVDF („Polyvinylidene fluoride“) је релативно нов материјал за сврхе производње пиезоелектричних сензора. То је пластични полимер у облику фолије, а важан је за варијанте ултразвучних сензора, када се жели произвести пиезо фолија. Пиезо фолија је потребна када је потребан ултразвучни сензор који има веома усмерен облик карактеристике слања ултразвука. Колико год да су пиезокерамике до сада истраживане и развијане, и даље се ради на даљем усавршавању и стицању све дубљих знања о физичким феноменима унутар њих. Тако се на пример изводи све прецизније одређивање еластичних, диелектричних и пиезоелектричних особина пиезокерамичких елемената помоћу анализатора импедансе [Per10], прецизно се испитују карактеристике прелазних стања приликом укључивања [Hag11], [Chi05], ради се на новим методама производње пиезокерамика поступком синтеровања високим фреквенцијама [Rhe00] итд. 2.3.3 Ултразвучни сензори на принципу пиезоелектричког ефекта Сензори који се користе при ултразвучној дефектоскопији се у пракси често називају „ултразвучне главе“. За слање и примање ултразвука најчешће се користе ултразвучне главе које су по конструкцији једнаке, што се заснива на способности реципроцитета пиезоелектричних плочица. На ултразвучну главу која заузима улогу одашиљача, прикључује се електрични сигнал побуде који изазива механички Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-34 ултразвук који се затим преко контакта на површини узорка преноси на испитивани материјал. Ултразвучне главе које имају улогу пријемника служе да генеришу електрични напон који настаје механичким дејством ултразвука који је до њих стигао после трансмисије кроз узорак. У случају импулсне ехо методе, за одашиљач и за пријемник ултразвука се по правилу користи једна те иста ултразвучна глава. На слици 2.22. је приказана типична конструкција ултразвучне главе. На позицији П је пиезоелектрична плочица која је монтирана унутар кућишта С а унутрашњост простора између плочице и кућишта је испуњен материјалом за пригушивање Д. Слика 2.22 Типична конструкција ултразвучне главе. Материјал који се најчешће користи за производњу пиезокерамичких плочица у ултразвучним главама, је керамика. Осим тога, као материјал за ултразвучне сензоре на пиезоелектричном принципу се користи споменути полимер PVDF и то специјално онда, када је потребно да је њихова дебљина нарочито мала (пиезо фолија) тј. када је потребан ултразвучни сензор који има веома усмерену емисију ултразвука. То је од значаја у применама импулсне ехо технике, а овакви сензори су и знатно скупљи. Међутим, код KTUD методе није потребно произвести специјално уско усмерење, што представља битну предност саме методе. Следећа важна ставка за практичну изведбу пиезокерамичких плочица су електроде. Електроде, које се користе за генерисање електричног поља пиезокерамичког претварача, морају да се налазе директно на површини пиезокерамичког материјала. Ако би се електроде на површину пиезокерамичког материјала лепиле, онда би међуслој лепка деловао као додатни непожељни диелектрик, што би изазвало знатан пад напона. Због тога је оптимално да се пиезоелектричне површине директно метализирају. То се ради тако, што се најпре нанесе један слој сребра, па се након тога пиезоелектрична керамичка плочица подвргне високој температури што омогућава добро везивање сребра на површини. У случајевима када је пиезоелектрични материјал полимер, онда описани поступак није Теоријски део 2-35 могућ, већ се у том случају електроде наносе кондензовањем металне паре („chemical vapour deposition” CVD). У овим случајевима се показало као нарочито ефикасно да се најпре нанесе један слој металне паре од хрома, никла или алуминијума, па се тек након тога наноси сребрна пара. Након што се произведе пиезокерамичка плочица са нанесеним електродама, потребно ју је адекватно монтирати у кућиште и довести напон на електроде. Довођење електричног напона побуде се на електроде врши помоћу контактних опруга или се доводна жица леми на електроду. Ако се врши лемљење, онда се мора обратити пажња на то да пиезокерамички материјал због загревања не изгуби свој поларитет. Једна могућност је и коришћење специјалних нискотемпературских лемова. Слика 2.23 Довођење напона и монтирање пиезоелектричне плочице помоћу опруга. У сваком случају је при конструкцији и изведби сензора важно постићи поуздано довођење напона на пиезоелектричну плочицу. Стога је битан и начин како се пиезоелектрична плочица механички монтира унутар кућишта сензора. На слици 2.23. је приказана монтажа помоћу опруге, које доводе напон на електроде, што је веома практично и једноставно (пиезокерамичка плочица означена са П, а опруга са О). Слика 2.24 Прикључак унутрашње електроде изводен помоћу једне опруге. На слици 2.24. је приказана могућност да се прикључак унутрашње електроде изведе помоћу само једне опруге. Електрода пиезокерамичке плочице која је окренута ка споља, директно додирује метално кућиште па је тиме изведено механичко фиксирање и остварен је електрични контак са спољном електродом. Простор између Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-36 пиезо плочице и унутрашњег дела кућишта се пуни материјалом за пригушивање као што је то приказано на слици 2.22. (пиезо плочица пригушена са једне стране). Разлог за потребу финалне обраде је појава унутрашњих рефлексија унутар пиезоелектричне плочице. Ове унутрашње рефлексије се могу смањити пригушивањем, јер оне изазивају релативно спор престанак вибрација након искључења побудног сигнала у случајевима када пиезо плочица има функцију одашиљача.Ово споро слабљење ултразвука након престанка дејства напона је изузетно проблематично код импулсне ехо методе, па импулси морају бити веома кратки. Да би се то постигло, позадина пиезоелектричне плочице се са унутрашње стране покрива пуњењем, а ради пригушења непожељних унутрашњих рефлексија. Међутим, када се ради о преносу ултразвука применом KTUD методе, није потребно извести меру пригушивања са унутрашње стране, јер сy овде сигнали дужег трајања, тако да ова околност представља једну од предности KTUD методе. 2.4 Дефектоскопија Дефектоскопијом материјала се називају поступци којима се испитује да ли узорци садрже грешке. Постоји више метода дефектоскопије, од којих су најпознатије рендгенска, ултразвучна и магнетска метода. Осим тога постоји и метода убацивања течности у узорке, када и где год је то могуће, како би се пронашле пукотине. Такође је могуће применити и технику убризгавања гасова у котлове и сличне узорке, као би се пронашла места која нису довољно добро заптивена или заварена [Rug02]. 2.4.1 Ултразвучна дефектоскопија Дефектоскопија је научна дисциплина која се бави налажењем грешака тј., дефеката у структури материјала. Када се то чини ултразвуком, методу називамо ултразвучном дефектоскопијом. Током испитивања простирања ултразвука у материјалу неопходно је знати брзину звука и коефицијент апсорпције датог материјала. Ултразвучна дефектоскопија је неопходна у случајевима када услед јаке апсорпције електромагнетни таласи нису примењиви. Предмети испитивања који се подвргавају испитивању ултразвучном дефектоскопијом не трпе никаква оштећења, дакле ради се о методи за испитивања материјала без разарања. Ова метода се може добро интегрисати у технолошки процес производње или као завршна фаза контроле готових производа или полупроизвода. Ултразвучна дефектоскопија се примењује код оптички непрозирних материјала, материјала који снажно апсорбују рендгенске таласе и код метала, код којих примена Теоријски део 2-37 електромагнетних сигнала због „skin ефека“ није могућа, итд. У случају оптички непрозирних материјала, ултразвучна дефектоскопија треба да нам пружи исказ о стању унутар материјала, без потребе да се материјал разреже или да се на неки други начин разори. Расправе о томе да ли је за ову сврху боља рендгенска или ултразвучна техника су већ престале да се воде, јер се рендгенска дефектоскопија и ултразвучна дефектоскопија толико разликују, па чак једна другу допуњују, тако да и не представљају конкурентске поступке. Може се рећи да код мањих дебљина испитиваних узорака рендгенска дефектоскопија даје прецизније резултате. Што је узорак дебљи, то је налажење грешака поузданије методом ултразвучне дефектоскопије. На основу претходно изнетог се може закључити да главна примена рендгенске дефектоскопије лежи у аутоматској и полуаутоматској дефектоскопији лимова, трака, шипки и цеви. Када се ради о великим деловима, ултразвучна дефектоскопија је оптимално решењe. Два главна задатка ултразвучне дефектоскопије су поступак тражења дефекта и поступак одређивања позиције дефекта. Након ових задатака, као следећа категорија је процена величине дефекта. Затим следи дијагноза облика и врсте дефекта. Основни задатак ултразвучне дефектоскопије је тзв. „техника тражења квара”, где је најважније сазнати да ли се унутар материјала (узорка тј. предмета контроле) налази нека грешка. Задатак који се на то надовезује јесте омогућавање што тачнијег одређивања положаја и величине дефекта. Овај други корак, се назива „техника анализе”. Оптимално решење је спајање „технике тражења квара” и „технике анализе” унутар једног истог техничког решења. При „техници тражења квара” се превасходно ради на томе да се постигне што већи фактор вероватноће откривања квара. У сврхе ултразвучне дефектоскопије чврстих тела, до сада је развијен читав низ метода. Особине ових метода зависе од области примене, циљева мерења, итд. Карактеристичне мерне величине које се добијају ултразвучном дефектоскопијом су време распростирања и интензитет. Тренутно се у техници ултразвучна дефектоскопија реализује најчешће употребом једне ултразвучне главе за емитовање и пријем сигнала, при чему се користи метода импулсне ехо технике. Ова метода је у литератури широко распрострањена. Може се рећи да тренутно импулсна ехо метода представља главни „тренд” унутар ултразвучне дефектоскопије. Ова метода је веома развијана и у области медицинске дијагностике, где се и усавршава [Bar02]. На пример, ради се на истраживању могућности побољшања математичких алгоритама анализе сигнала помоћу „wavelet” трансформације [Bou09]. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-38 Импулсна ехо техника Код импулсне ехо технике ултразвучна глава има одређено усмерење при слању импулса. Ако дође до рефлексије сигнала, ултразвучна глава, која је послала сигнал, ће примити повратни импулс. Када испитивани узорак садржи дефект, долази до рефлексије ултразвучних таласа у свим правцима. Један мали део тих рефлексија се враћа ка ултразвучној глави, чиме се региструје неправилност унутар узорка. Затим следи поступак одређивања позиције дефекта тако што се промени позиција ултразвучне главе и изводи се ново мерење. То се понавља са свих страна узорка, како би се ближе одредила позиција дефекта, а истовремено се са мањим или већим успехом долази и до закључака о облику дефекта. Слика 2.25 Шeма принципа импулсне ехо технике. На почетку сваког појединачног ултразвучног мерења стоји пренос ултразвучног таласа у унутрашњост узорка. Када се ултразвучна глава наслони на испитани узорак, у сваком случају постоји мањи или већи зазор између додирних површина ултразвучне главе и узорка. Овај зазор је изазван видљивим или микроскопским неравнинама које доводе до проблема преноса ултразвучног таласа са ултразвучне главе у унутрашњост узорка. Наиме, неравнине су испуњене ваздухом, а ваздух има знатно мању густину од чврстог материјала. Осим тога постоји велика разлика брзина распростирања звука. Те разлике доводе до рефлектовања ултразвучног таласа од површине узорка, па само један мањи део улази у узорак. Што је фреквенција ултразвучног таласа већа, то су већи и губици који настају на овај начин. Да би се ови проблеми ублажили, уобичајена је примена контактних средстава, која се наносе између ултразвучне главе и испитаног узорка. Као контактна средства у импулсној ехо техници користе се разна уља, разређена туткала или контактни гелови на бази глицерина. Избор конкретног контактног средства зависи од многих фактора, а важна околност је и та, које контактно средство даје најбоље резултате са одређеном површином узорка. Теоријски део 2-39 Следећи корак у појединачном мерењу је пријем рефлектованог ултразвучног таласа из унутрашњости узорка. Рефлектовани таласи доводе до генерисања амплитуде електричног напона у ултразвучној глави која у овом временском периоду представља пријемник. И сам назив методе говори да се код ове технике, шаље један кратак импулс. Када овај импулс стигне до неког дефекта, рефлектује се и враћа ка одашиљачу. Унутар чујног опсега звука, овакво враћање звука се назива ехо, па је тиме настао назив „импулс ехо“ метода. Ултразвучна глава SP је конструисана тако да може да обави улоге и одашиљача и пријемника (S=„слање“, P=„пријем“). Генератор функције G снабдева ултразвучну главу SP високом фреквенцијом док глава има улогу одашиљача. На зид узорка је нането контактно средство. На слици 2.25. је приказан типичан облик поворке ултразвучних таласа код ехо технике. На слици се види, како се део послатог ултразвучног таласа рефлектује о дефект и враћа се назад ка глави SP, која је у тренутку повратка укључена као пријемник. Други део ултразвучног таласа пролази кроз узорак и одбија се о полеђину узорка, пре него што се врати до главе SP. Појединачни импулси морају да следе један за другим у одговарајућим временским размацима и то тако да приликом померања ултразвучне главе не постоје непроверени сегменти унутар узорка. Брзина емитовања импулса мора да буде тако изабрана да се са слањем наредног импулса увек довољно дуго чека док се претходно послати импулс врати као ехо. Због тога се код великих узорака мора чекати дуже, јер су тада времена распростирања ултразвучног таласа дужа. Када је ултразвучна глава SP пријемник тада се генерисани ултразвучни сигнал шаље ка осцилоскопу (види слику 2.25.) Позиција I означава сигнал на осцилоскопу чији је узрок почетак слања импулса. Наиме, након укључења генератора функције G, већи део импулсног сигнала се рефлектује на површини узорка и у ултразвучној глави SP, која је одмах након слања импулса укључена као пријемник па изазива генерисање амплитуде која је толико велика, да њен врх превазилази оквир екрана осцилоскопа. На позицији II се види амплитуда која потиче од ултразвучног таласа након времена проласка до дефекта, плус времена које је протекло током пута рефлектованог дела ултразвучног таласа назад до главе SP. На позицији III се види амплитуда, која настаје рефлектовањем ултразвучног таласа од друге површине (полеђине) узорка, која се налази наспрам главе SP. Време проласка ултразвука до полеђине узорка је дуже него у случају већ описаног дефекта. И амплитуда настала рефлексијом од полеђине узорка је већа од амплитуде која потиче од дефекта. После изведеног мерења, ултразвучна глава се постепено помера, клизећи по контактном средству. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 2-40 Трансмисиона техника У литератури се о методи са одвојеним ултразвучним главама за емитовање и пријем говори једино као o поступку где су инволвиране једна ултразвучна глава за емитовање ултразвучног сигнала и једна ултразвучна глава за пријем ултразвучног сигнала. Ова метода се назива и „методом проласка звука” или „трансмисионом ултразвучном методом”. Слика 2.26 Шема принципа трансмисионе технике. На слици 2.26. је приказан принцип ове методе. Ултразвучна глава S служи као одашиљач, а глава P као пријемник ултразвучног сигнала. Генератор функције G снабдева ултразвучну главу S, која електрични напон побуде претвара у ултразвук. На зид узорка је нането контактно средство. На слици се види како сноп дејства ултразвучног таласа пролази кроз узорак. Примљени сигнал ултразвучне главе P, се води на волтметар V, како би се измерила амплитуда генерисаног пријемног сигнала. После изведеног мерења, обе ултразвучне главе се морају постепено синхроно померати, клизећи по контактном средству, да би се извело следеће мерење. На позицијама, када се између одашиљача и пријемне ултразвучне главе налази дефект, генерисана амплитуда пријемника је слабија, што наводи на закључак да постоји дефекат у узорку материјала. Као највећи недостатак ове методе се у литератури навод потреба, да се истовремено оперише са две ултразвучне главе, и да се при том главе морају померати синхроно. Наиме, чим би дошло до десинхронизације позиција ултразвучних глава, дошло би и до грешака због одступања које не потичу од дефекта у материјалу, већ од слабљења пријема, због неподударности позиција ултразвучних глава S и P. Осим тога и код ове методе је потребно контактно средство, јер када се ради са високим фреквенцијама онда је то неопходно, као што је то неопходно и код импулсне ехо технике. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-1 3. МЕТОДА КВАДРОФОНСКЕ ТРАНСМИСИОНЕ УЛТРАЗВУЧНЕ ДЕФЕКТОСКОПИЈЕ (KTUD) Имајући у виду велики део међународних искустава из области ултразвучне дефектоскопије, јавила се потреба за представљањем једног новог приступа ултразвучној дефектоскопији у облику развоја система који ће својом конструкцијом, уз помоћ рачунарске подршке и аутоматизације поступка мерења, створити услове за ефикаснију проверу квалитета материјала добијених директним ласерским синтеровањем метала DLSM. У овом делу дисертације ће се представити развој техничког, електронског и софтверског решења дефектоскопа који функционише на принципу нове, овде презентоване квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD). Ултразвучни дефектоскоп заснива се на KTUD методи, за коју је у октобру 2010. године у Немачком централном заводу за патенте уручен захтев за признавање патента [DPMA]. Јула 2012. год. прихваћен је патент под редним бројем 10 2010 046 781. Развој дефектоскопа и нове методе ултразвучне дефектоскопије ће довести до унапређења трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у високо ефикасну методу за проверу квалитета узорака добијених DLSM. Један од основних захтева је да се обезбеди задовољавајућа продородност ултразвука која омогућава примену чак и код порозних и шупљикавих материјала синтерованих DLSM методом, описаној у уводном делу. У овој глави се објашњава принцип рада KTUD методе, а затим се приказује принцип електронског решења, који чини срж разумевања рада дефектоскопа након чега је предочен превод описног дела патента. Потом је презентиран експериментални склоп KTUD методе реализован за лабораторијска истраживања која су изведена у оквиру ове дисертације. На крају ове главе презентована је Интернет апликација и посебно дизајнирана релациона база података која је у сврси приказивања резултата KTUD методе. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-2 KTUD метода представља унапређену верзију до сада мало развијане методе са одвојеним ултразвучним главама за емитовање и пријем сигнала. У литератури се о овој методи говори једино као о поступку, у који су укључене једна глава као извор ултразвучног сигнала и једна глава за пријем ултразвучног сигнала, која би имала функцију сензора [Cor87]. Овде приказана метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије KTUD користи једну главу за емитовање ултразвучног сигнала и четири главе за пријем ултразвучног сигнала. Примена релативно ниских ултразвучних фреквенција од само неколико десетина килохерца омогућава захтевану продорност сигнала неопходну за квалитетну дефектоскопију узорака материјала који не само да су сами по себи порозни већ и „ћелијске геометрије” доприносе додатној „шупљикавости”. Наиме, применом поменутих ултразвучних фреквенција, избегава се апсорпција од стране материјала узорка, као што је то случај код сигнала високих фреквенција примењених код импулсне ехо технике. Наиме тада долази до интензивних рефлексија и апсорпције ултразвука унутар порозних и шупљикавих структура. Значајна предност KTUD методе јесте чињеница, да су електронске компоненте (пре свега аналогно дигитални конвертори из области масовне индустријске производње) због својих нижих радних фреквенција вишеструко јефтинији од електронских елемената искоришћених код импулсне ехо методе, па се тиме отвара пут широке примене дефектоскопа заснованог на KTUD методи, у науци и индустрији. О вишеструким предностима KTUD методе, што се тиче могућности примене веома једноставних конструкција ултразвучних глава, већ је било говора у другој глави, у поглављу „Ултразвучни сензори на принципу пиезоелектричког ефекта”. Осим споментутих предности, од велике је важности могућност KTUD дефектоскопа, да се резултати дефектоскопије постигну без употребе било каквих контактних средства између ултразвучних сензора и узорка материјала. Употреба контактних средстава је код импулсне ехо технике обавезна, што представља велики проблем, посебно када се ради о порозним и шупљикавим материјалима. Порозни и шупљикави материјали произведеним DLSM поступком, који се израђују за примене у техници орбиталних сателита, се не могу третирати контактним средствима, јер би контактна средства могла да оштете њихове површине које су посебно дизајниране тако да олакшавају лепљење по површинама других елемената израђених од разних других типова материјала, Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-3 најчешће од разних полимера. Осим тога, контактна средства би могла да допру у унутрашњост шупљикавих структура и тиме изазову разне нежељене последице. Разлози за концепт KTUD методе, као решења које се заснива на једном одашиљачу и четири пријемника ултразвука, су вишеструки. У смислу остваривања ултразвучне дефектоскопије машинских елемената који се производе методом DLSM оптимална је подела простора на четири квадранта. Карактеристичне мерене величине у ултразвучној дефектоскопији су време распростирања и интензитет ултразвучних таласа, а KTUD метода са једном одашиљачком и четири пријемне ултразвучне главе може да користи обе величине. Следећи разлог за квадрофонско решење је математички апарат заснован на правилима просторне геометрије. На основу познавања просторних координата четири пријемника звука и познавања износа појединачних временских разлика простирања звука између одашиљача и пријемника, могуће је одговарајућим једначинама дефинисати координате одашиљача у простору. У KTUD методи и дефектоскопу заснованом на овој методи, просторне координате одашиљача ултразвука се узимају као познате. То омогућава да се на основу расположивих математичких релација и на основу добијених мерних података, дође до оптималне анализе структуре узорка. На тај начин локација евентуалног дефекта и квантификација дефекта унутар узорка постаје могућа по сваком појединачном просторном квадранту. Слика 3.1 Позиције ултразвучних глава на узорку. Следи приказ наведених математичких релација. На слици 3.1 су означене позиције појединачних ултразвучних глава на једном узорку материјала. Тачка означена са 1S (координате ( sss zyx ,, ) одговара позицији додира контактне површине одашиљачке ултразвучне главе са површином узорка материјала. Ова позиција је са Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-4 доње стране узорка. Тачке са ознакама 1P , 2P , 3P и 4P , са координама ),,( 1111 zyxP , ),,( 2222 zyxP , ),,( 3333 zyxP и ),,( 4444 zyxP одговарају позицији додира пријемних ултразвучних глава 1P , 2P , 3P и 4P , са површином узорка материјала. Ове позиције су на супротној, горњој страни узорка материјала. Положаји тачака 1P , 2P , 3P и 4P , у односи на извор ултразвука кога репрезентира тачкa 1S на слици 3.1 су дати векторима 1r  , 2r  , 3r  и 4r  . На слици 3.2 се види, да одашиљачка ултразвучна глава 1S формира звучно поље у облику концентричних сферних површина, чиме долази до трансмисије ултразвучних таласа до ултразвучних пријемника. Слика 3.2 Поље ултразвука које развија одашиљачка глава 1S . Сигналу који пролази кроз узорак материјала потребно је извесно време mt како би стигао до ултразвучних пријемника. Оно што се мерењем конкретно установљава је износ диференције времена nmnm ttt  , јер сигнали не пристижу истовремено у сваки од пријемника. Брзина простирања ултразвучног таласа је у наредним једначинама означена са mc . За дати материјал то је физичка константа која се мора унапред познавати како би се могао извести прорачун. Математичка поставка служи да се на основу времена диференција nmt , израчунају растојања smr , . Ознака smr , стоји за појединачна растојања извора ултразвучног таласа 1S до тачака mP . За математички прорачун три компоненте положаја извора ( sss zyx ,, ) потребне су три једначине које Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-5 резултирају из растојања ултразвучних пријемника (m=1,2,3,4) од извора звука. За та растојања користи се дефиниција [Jän08]: 222 , )()()( smsmsmsm zzyyxxr  (3.1) тако да за појединачне тачке ултразвучних пријемника важе следећи изрази: 2 1 2 1 2 1,1 )()()( ssss zzyyxxr  (3.2) 2 2 2 2 2 2,2 )()()( ssss zzyyxxr  (3.3) 2 3 2 3 2 3,3 )()()( ssss zzyyxxr  (3.4) 2 4 2 4 2 4,4 )()()( ssss zzyyxxr  (3.5) Решење овог система једначина се може извести тако што ће се једначина (3.5) убацити у преостале три једначине, а након квадрирања обе стране долази се до следећих израза: 2 1 2 1 2 1 2 4,1,4 )()()()( ssss zzyyxxrr  (3.6) 2 2 2 2 2 2 2 4,2,4 )()()()( ssss zzyyxxrr  (3.7) 2 3 2 3 2 3 2 4,3,4 )()()()( ssss zzyyxxrr  (3.8) Када се једначина (3.6) реши по xs и замени у једначине (3.7) и (3.8) добија се: ssss xzzyyrrx  2 1 2 1 2 4,1,41 )()()( (3.9) 2 2 2 2 22 1 2 1 2 4,1,412 2 4,2,4 )()()))()()((()( ssssss zzyyzzyyrrxxrr  (3.10) 2 3 2 3 22 1 2 1 2 4,1,413 2 4,3,4 )()()))()()((()( ssssss zzyyzzyyrrxxrr  (3.11) Сходно овоме, исто се поступа са једначинама (3.7) и (3.8) чиме се долази до дефиниција просторних координата sss zyx ,, . У изведби конкретног дефектоскопа који је овде представљен, координате sss zyx ,, су познате, па је могуће да се убацивањем свих измерених диференција времена nmt , дође до прорачуна просторних координата у случају када испитивани узорак садржи дефект. Закључци о структури испитаног узорка материјала се могу изводити на основу разлика кашњења ултразвучних таласа и на основу разлика амплитуда пристиглих у пријемне ултразвучне главе. Када се пође од тога да су пријемне ултразвучне главе 1P , 2P , 3P и 4P постављене симетрично у односу на просторне координате одашиљача 1S и Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-6 са претпоставком да је структура испитиваног узорка материјала „исправна” (тj. да не садржи никакав дефект), ултразвучни таласи који крећу од 1S , треба да подједнако брзо стигну до сваке од пријемних ултразвучних глава 1P , 2P , 3P и 4P . Математичка дефиниција координата sss zyx ,, која је претходно приказана, је у овом случају приказана на слици 3.3. Слика 3.3 Скица координата у случају без дефекта. Додатна је чињеница, да сигнали који пристигну у 1P , 2P , 3P и 4P , имају идентичне амплитуде, што има практични значај за овде приказан експериментални склоп. Слика 3.4 Скица прорачунатих координата у случају са дефектом. У случају када испитан узорак материјала садржи дефект, највеће закашњење ултразвучног сигнала ће се регистровати на ултразвучној глави која је најближа Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-7 дефекту. Прорачун просторних координата ће тада дати координате извора ултразвучног сигнала spspsp zyx ,, које одступају од реалних координата извора ултразвука sss zyx ,, . То је приказано на слици 3.4. Способност предвиђеног система да довољном прецизношћу региструје закашњење ултразвучног сигнала зависи од квалитета и резолуције употребљених аналогно дигиталних конвертора. Тржишне цене квалитетних аналогно дигиталних конвертора са високом резолуцијом су значајна инвестиција при реализацији. Самим тим су могућности оваквог ултразвучног дефектоскопа у дирекнтој вези са висином уложених средстава. У случају да испитани узорак материјала садржи дефект, највеће слабљење амплитуде ултразвучног сигнала ће се манифестовати у ултразвучној глави која је најближа дефекту. Да је наведена амплитуда стварно мања од осталих амплитуда, могуће је регистровати и помоћу релативно једноставних и јефтиних аналогно дигиталних конвертора. У наредном поглављу следи опис принципа електронског решења, опис патентираног дефектоскопа, приказ концепта електронско-софверске реализације микроконтролера KTUD дефектоскопа, приказ дизајна специјалне релационе базе података за складиштење података мерења KTUD методом и опис софтверске апликације за генерисање резултата мерења. 3.1 Електронско решење За практичну реализацију KTUD методе веома је важна конкретна реализација уређаја који се користи за генерисање ултразвучних сигнала односно њихов пријем и обраду после проласка кроз испитивани материјал. 3.1.1 Принцип електронског решења Главне компоненте које објашњавају принцип електронског решења KTUD методе, приказане су на слици 3.5. Реализација електронског склопа KTUD методе садржи четири електронска мерна ланца. Генератор функције служи да напаја ултразвучни одашиљач у смислу побуде физичког процеса. Емитовање ултразвучног сигнала унутар узорка материјала доводи до физичког процеса трансмисије ултразвука. Сензори мерних ланаца су четири ултразвучна пиезокерамичка пријемника који генеришу пријемне аналогне напонске амплитуде. Ови напони се појачавају помоћу четири електронска адаптера. Излази сигналних адаптера се доводе аналогно дигиталним конверторима до рачунара задуженог за процесирање мерних сигнала. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-8 Приказу приложене блок шеме одговарају компоненте електронског решења приказане на слици 3.6: генератор функције G1; ултразвучни одашиљач 1S ; ултразвучни сензори као пријемници 1P , 2P , 3P и 4P ; предпојачивачи сигнала N1, N2, N3 и N4; аналогно дигитални конвертори B1, B2, B3 и B4 и извор једносмерног напона G2. Слика 3.5 Блок шема KTUD методе. Електронске компоненте система за одређивање координата чине: предајници инфрацрвених сигнала E11, E21, E31, E41 и E51; пријемници инфрацрвених сигнала E12, E22, E32, E42 и E52 и сигнализатори E13, E23, E33, E43 и E53 који ће у наредном излагању бити ближе описани. Осцилоскоп A1 и фреквенцметар A2 су помоћни контролни електронски лабораторијски инструменти експерименталног склопа. Електрични напони су: u1 напон напајања 220 V ; u2 ултразвучно фреквентни напонски сигнал; u3 напон напајања 9 V за предпојачиваче, са A/D су означени конвертори и електронске компоненте помоћног система; u12, u22, u32, u42 и u52 су излазни сигнали система за одређивање координата ултразвучних глава тј. сензора. Појачавач је реализован као обичан инвертујући појачавач са операционим појачавачем. Везе између електронског склопа и рачунара представљене су са d1, d2 d3 и d4. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-9 Као одашиљач ултразвучног сигнала и пријемни сензори користе се сензори на принципу пиезоелектричног ефекта од олово цирконијум титаната (Pb[ZrxTi1-x]O3 0≤x≤1). Генератор функције G1 генерише сигнал фреквенције од 45 kHz . Високофреквентни сигнал је на напонском нивоу u2 и доводи се ултразвучном одашиљачу 1S који је уствари ултразвучна глава са прстенастим пиезокерамичким кристалом за изазивање физичке побуде узорка. Слика 3.6 Компоненте електронског решења KTUD методе. Ултразвук, након што је дошло до његове трансмисије кроз узорак материјала, пристиже мање или више ослабљен тј. са мање или више закашњења у ултразвучне пријемне сензоре 1P , 2P , 3P и 4P . Побуду насталу механичким дејством ултразвука пријемници конвертују у аналогне електричне напоне. Напони са пријемника 1P , 2P , 3P Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-10 и 4P се доводе предпојачивачима сигнала N1, N2, N3 и N4, а након тога на аналогно дигиталне конверторе B1, B2, B3 и B4. Једносмеран напон u3 из G2, служи за напајање предпојачивача, A/D конвертора и електронског система за одређивање координата. За прорачун просторних координата потребни су сигнали 1S , 1P , 2P , 3P и 4P , у циљу одређивања дефекта у материјалу. Систем за одређивање координата је помоћни систем унутар експерименталног склопа, приказан на слици 3.7., и састоји се од следећих електронских компоненти: предајника инфрацрвених сигнала E11, E21, E31, E41 и E51, пријемника инфрацрвених сигнала E12, E22, E32, E42 и E52 и сигнализатора E13, E23, E33, E43 и E53. Компоненте E51, E52 и E53 су предвиђене за случај да ултразвучни извор 1S механички буде изведен тако да се његова позиција може мењати. Слика 3.7 Блок шема система за одређивање координата. Унутар реализованог експерименталног склопа, глава 1S је чврсто фиксирана, тако да су њене просторне координате познате и фиксне. Разводник A3 служи за напајање предајника E11, E21, E31, E41 и E51 напоном u3. Ови предајници путем фото ћелија емитују инфрацрвене сигнале, како би фото транзистори унутар пријемника E12, E22, E32, E42 и E52 реаговали на прецизно усмерен примљен инфрацрвени сигнал. На основу тога сигнализатори E13, E23, E33, E43 и E53 генеришу појединачне напоне u12, u22, u32, u42 и u52 који укључују сигналне фото диоде D15, D25, D35, D45 и D55. Ови напони су прикључени на кућиште A4, унутар кога су смештене сигналне фото диоде, а ово кућиште истовремено служи и као разводник напона u3 за сигнализаторе. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-11 Пријемници инфрацрвених сигнала су монтирани на механичким шинама тако да могу да се померају на спољњем делу конструкције механичког експерименталног склопа. Након што се узорак материјала механички фиксира и на њега се наслоне ултразвучне пријемне главе, сваки појединачни пријемник инфрацрвене светлости (E12, E22, E32, E42) се помера по механичким шинама, све док појединачна сигнализациона фото диода (D15, D25, D35, D45) не засветли и тада се једноставно очитају позиције. 3.1.2 Патентирани дефектоскоп на принципу методе KTUD Као додатак овом раду налази се додела патента дефектоскопа заснованог на методи квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије. Приказан је превод дела пријаве у коме се налази опис патента, који чини главни део пријаве, заједно са скицама које су такође саставни делови патента. Остали делови патента се овде не преводе, јер су правног карактера, а у суштини садрже текстове из описног дела патента. Описни део пријаве патента састоји се из поглавља “опис”, “задатак” и “пример-изведбе”. Као “опис” је наведено: проналазак се тиче апаратуре и поступка за дефектоскопију узорка материјала без разарања, излагањем узорка ултразвучним таласима и обрадом сигнала насталих трансмисијом ултразвука кроз узорак. Механички део апаратуре KTUD Слика 3.8. пружа поглед искоса на апаратуру проналаска, у коме се налази пробни узорак (2). Апаратура је склопљена као мерни кавез (1). Слика 3.8 Поглед искоса на патентирану апаратуру KTUD. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-12 Пробни узорак се поставља на шине (31) које са налазе на поду (3) мерног кавеза. Мерни кавез се састоји од доњег (11) и горњег дела (12) који су спојени помоћу шарки (8). На овај начин мерни кавез може да се отвара, како би се олакшало тј. омогућило стављање узорка. На горњем делу мерног кавеза се налазе мерне главе (6) које су монтиране на два пара шина, тако да су покретне по X и Y оси. Слика 3.9. показује поглед са стране на мерни кавез (11) који није отворен, са убаченим пробним узорком (2), при чему се може видети како се мерне главе (6), на основу посебне конструкције (5) могу подешавати, тј. прилагођавати топологији горњег дела (21) пробног узорка . Слика 3.9 Поглед са стране на мерни кавез. Слика 3.10 Поглед искоса на мерни кавез без узорка. Позиција шина (31) се може померати по X оси, тако да је могуће прилагођавање габаритима узорка (2). Наравно, само до одређене мере, тј. док габарити узорка не прелазе унтрашње димензије мерног кавеза (11). Осим тога, на слици 3.9. се види начин монтаже ултразвучног одашиљача (33). Слика 3.10. показује поглед искоса на мерни кавез (11) који је отворен, а без узорка. Слика 3.11. показује пресек једне од четири подједнаке мерне главе (6). Мерна глава је конструисана тако да се у цеви (61) налази шипка (62), која има функцију мерног клипа. На цев је вертикално причвршћен електрични потенциометар (7) који служи за одређивање позиције ултразвучног пријемника (65) на y-оси. Како би се омогућила механичка веза између потенциометра и шипке, у цеви се налази прорез величине око 2 mm. Кроз тај прорез пролази покретна ушица (71) потенциометра, која је причвршћена за шипку (62). На основу тога се позиција потенциометра, која Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-13 одговара позицији шипке, преноси као аналогна електрична вредност електричног отпора у рачунар (9). Између цеви (61) и шипке (62) је постављена опруга (63), која приликом додиривања ултразвучног одашиљача затеже шипку и омогућава генерисање механичког притиска на површину пробног узорка. Слика 3.11 Пресек патентиране мерне главе. Тиме позиција шипке по y-оси директно зависи од топологије горњег дела пробног узорка. Шипка је пробушена по вертикали у њеној средини (65), а кроз ту шупљину се спроводе електрични проводници (67), који спајају ултразвучни пријемник (65). Доњи део цеви (61) је спојен са потенциометрима који леже хоризонтално. Ови потенциометри служе да дају информацију о положају мерне главе дуж x, y и z-оса. Елемент за подешавање (63а) је предвиђен за калибрацију притиска опруге (63). Електронски склоп апаратуре Слика 3.12. показује шему електронског склопа апаратуре и управљачке јединице која носи ознаку А1. Ова слика представља оригинал слике која је чинила саставни део пријављеног патента и разликује се у детаљима од слике 3.6. где су представљене компоненте електронског решења KTUD методе. Ова шема је конструисана како би се помоћу ње реализовали следећи кораци. Након исправног постављања узорка тј. када Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-14 су мерне главе притиснуле узорак управљачка јединица А1 добија електрични сигнал од уграђеног електромеханичког контакта S0. Сигнал са S0 је знак за старт програма унутар управљачке јединице А1. Слика 3.12 Електрична шема патентираног дефектоскопа KTUD. Након тога управљачка јединица А1 је спремна да прими и додатне информације. То су пре свега електричне информације које пристижу од електричних потенциометара R11, R12, R13 и R14, које служе за дефиницију просторних координата пријемних ултразвучних глава P1, P2, P3 и P4. Електрични сигнали наведених потенциометара у управљачку јединицу А1 стижу посредно преко сигналних адаптера Е11, Е12, Е13 и Е14. Напон снабдевања за сигнале адаптере Е11, Е12, Е13 и Е14 је означен са u2, а излазни сигнали адаптера су означени са u11, u12, u13 и u14. Јединица Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-15 напајања напона G1 која генерише напон напајања u2, такође припада склопу управљачке јединице А1. Напон снабдевања једнице напајања G1 је означен са u1. Просторне координате одашиљачке ултразвучне главе S1 су фиксне, тако да су те вредности чврсто кодиране унутар управљачке јединице. У некој другој варијанти изведбе мерног кавеза (у случају када просторне координате одашиљачке ултразвучне главе S1 не би биле фиксиране), већ би биле такође променљиве, у електричну шему слике 3.12. је уцртан потенциометар R51 и њему одговарајући адаптер Е51. Након што је елекромеханички контакт S0 управљачкој јединици А1 послао сигнал о затварању мерног кавеза, генератор фреквенције G1 даје електрични напон u61 чија су амплитуда, фреквенција, облик сигнала и трајање, софтверски дефинисани. Напон u61 се доводи одашиљачкој ултразвучној глави, која овај електрични напон трансформише у ултразвучне таласе који пролазе кроз узорак. Пријемници ултразвука P1, P2, P3 и P4 примају ултразвучни талас и трансформишу их у електричне сигнале. Наведена четири аналогна електрична сигнала се подешавају помоћу електричних предпојачавача N1, N2, N3 и N4 и затим се одводе ка аналогно дигиталним конверторима B1, B2, B3 и B4 на чијим се излазима добија дигитализовани сигнали који се везама L11, L12, L13 и L14 одводе у управљачку јединицу А1 у сврху даље обраде мерних сигнала. Након обраде сигнала долази до приказа резултата прорачуна о стању узорка на пригодном дисплеју А2 или се резултат одводи преко интерфејса на неку удаљену позицију. Евентуалне грешке или проблеми који би се појавили током извођења мерења, такође се региструју помоћу управљачке јединице А1 која може ова стања да јавља. Управљачка јединица располаже са модулом за убацивање следећих информација у софтвер:  врста материјала узорака  просторне координате одашиљачке ултразвучне главе  избор жељеног концепта тј. алгоритма прорачуна  наређења за убацивање нових ажурирања за софтвер  појединости за начин приказа резутата мерења  појединости о начину спровођења мерних резултата на удаљене позиције, као што су протокол преноса информација, адресирање пријемника мерних података  друге појединости које могу да буду од користи за спровођење поступка. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-16 3.1.3 Лабораторијски експериментални склоп за KTUD Склоп намењен за лабораторијске експерименте квадрофонском трансмисионом ултразвучном дефектоскопијом KTUD приказан је на слици 3.13. Слика 3.13 Лабораторијски експериментални склоп за KTUD. Ово је прототип описаног патентираног KTUD дефектоскопа, на коме су изведена мерења чији се резултати приказују у овом раду. У средини се налази механички део („мерни торањ”) чија је сврха да стабилно држи узорак, тј. пре свега да ултразвучни одашиљач ( 1S ) и четири ултразвучна пријемна сензора ( 1P , 2P , 3P и 4P ) могу поуздано да додирују узорак. За разлику од патентиране апаратуре, лабораторијски прототип је изведен тако, да може да одједном прими два узорка, а разлог је остваривање могућности да се експерименти изводе паралелно и евентуално наизменично над различитим узорцима, без губљења времена за монтажу (прототип не поседује шарке и не поседује аутоматизоване мерне главе, као што је приказано у изведби патентираног апарата). Са леве и са десне стране налазе се електронске компоненте: генератори функције, осцилоскопи, фреквенцметри, рачунари, екрани и помоћни елементи. На слици 3.14. је детаљније приказан „мерни торањ” лабораторијског експерималног склопа. На постољу (1) налази се алуминијумска плоча (2), а на њој рам (3) сачињен од L-профила спојених заваривањем. На вертикалним стубовима рама избушени су отвори, преко којих се за њега везују шипке (4). На њих се ослањају оквири (5) који служе као носачи L-профила. На L-профиле се поставља испитивани Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-17 узорак (6) са ултразвучним главама (7), на којима се помоћу вијака (7) може ручно подешавати механички притисак. Преко плочица (8), за главну конструкцију су везани стубови (9) по којима се, у вертикалном правцу, могу померати носачи U-профила (10). Положај носача се фиксира вијцима (11). Слика 3.14 „Мерни торањ” лабораторијског експерименталног склопа. Слика 3.15 Пројекције „мерног торња”. Носачи су направљени од цеви које су са горње стране прорезане. У носачима се налазе уметци преко којих се, помоћу вијака, учвршћују U-профили (12). На овим Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-18 профилима налазе се држачи (13) који носе ултразвучне главе. Отвори избушени на вертикалним стубовима рама имају функцију да се помоћу њих причврсте шипке (4), а осим тога да се помоћу њих изврши везивање бројних каблова као што се то види на слици 3.13. На слици 3.15. су приказане све три пројекције мерног торња. Унутар склопа намењеног за лабораторијске експерименте као ултразвучни одашиљач и ултразвучни пријемници коришћени су пиезокерамици од олово цирконијум титаната (Pb[ZrxTi1-x]O3 0≤x≤1) фирме PI из Немачке [PIC]. Коришћени су елементи прстенастог облика, који се масовно производе за потребе конструкције кавитационих корита за индустрију. Димензије једног пиезокерамичког елемента су: спољни пречник 38 mm, унуташњи пречник 15 mm, дебљина 5 mm. Као одашиљач узет је цео овакав елемент, а као пријемници коришћене су четвртине елемента, као што је то приказано на сликама 3.16. и 3.17., где се са доње стране узорка (1) налази један цео прстенаст елемент, тј. извор (2), а са друге стране узорка, четвртине пиезокерамичких елемената (3) које служе као пријемници. Из наведених димензија следи да површина једног прстенастог елемента износи 957,4 mm2, док је површина четвртине 239,3 mm2. Слика 3.16 Скица узорка са назначеним пиезокерамичким главама. Мерење притиска на пријемне пиезокерамике изведено је помоћу мерних елемената (4) чија је тачност 0.05 % немачке фирме HBM [HBM], као што се види на слици 3.17. На мерне елементе се са горње стране вијцима (5) појачава механички притисак, а мерни елементи притиска леже на пријемницима (3). Слика 3.17 Мерење притиска мерним елементима. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-19 3.1.4 Концепти анализе сигнала KTUD Као што је претходно изложено у овом раду, главне категорије карактеристичних мерних величинина које се добијају ултразвучном дефектоскопијом су време распростирања и интензитет ултразвучних таласа. Током развоја дефектоскопа заснованог на методи KTUD, разрађено је више варијанти анализе сигнала које ће овде бити приказане. На сликама су приказани снимци начињени дигиталним осцилоскопом типа Owon PDS5022s. Диференција стабилних електричних напона Анализа сигнала на основу диференције (разлике) стабилних електричних напона је варијанта која се заснива на разлици интензитета ултразвучна таласа два пријемника. Након што ултразвучна глава 1S емитује ултразвучни талас и након што дође до трансмисије ултразвука кроз узорак материјала, талас пристиже мање или више ослабљен у ултразвучне пријемне сензоре 1P , 2P , 3P и 4P . Степен слабљења зависи од величине и врсте дефекта који је узрок слабљења ултразвучног таласа приликом трансмисије. Пријемни сензори механичку енергију ултразвучног таласа, путем пиезоелектричног ефекта претварају у електрични напон. Слика 3.18 Варијанта диференције стабилних електричних напона. На слици 3.18 је приказан снимак напона пријемних ултразвучних глава 1P и 2P , при чему се сензор 1P налази изнад квадранта узорка са уграђеним дефектом, а сензор 2P се налази изнад квадранта узорка без дефекта. На временској оси је са t12 означено време, након кога се заврши мерење напона u1 који потиче од 1P и напона u2 кога је Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-20 генерисао сензор 2P . Постојање уграђеног дефекта у облику ваљка (добијеног бушењем испод 1P ) региструје се знатно мањи напон u1 у поређењу са напоном u2. Варијанта анализе сигнала у смислу диференција стабилних напона подразумева да је мерење напона изведено тек након времена t12 које је изричито дуже од временског периода tt, а никако не у року временског периода tt. Наиме, у оквиру периода tt се унутар пријемника одвијају комплексни прелазни процеси, који би, ако би се мерило унутар времена tt, довели до неких случајних и највероватније неадекватних вредности измерених напона, тако да не би било могуће извести валидне закључке о запремини дефекта на основу ослабљене амплитуде ултразвука у пријемнику. У случају конкретне реализације дефектоскопа конструисаног по принципу KTUD, морају се извести експерименти који ће као резултат дати износ времена t12, након кога се може доћи од стабилних напона пријемних сензора. Велика предност ове варијанте је веома поуздан једнозначан мерни резултат и што су електронске компоненте за ову варијанту јефтине. То је и основни разлог што су резултати презентовани у овој дисертацији добијени применом ове варијанте анализе сигнала. Варијанта анализе закашњења сигнала Концепт анализе закашњења сигнала се заснива на категорији мерених времена распростирања ултразвучних таласа. Слика 3.19 Варијанта закашњења електричног сигнала, прво увећање. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-21 Након што ултразвучна глава 1S емитује ултразвучни талас и након што дође до трансмисије кроз узорак материјала, ултразвучни талас пристиже са мање или више закашњења у ултразвучне пријемне сензоре. Време кашњења, зависи од величине и врсте дефекта. Слика 3.20 Варијанта закашњења електричног сигнала, друго увећање. На сликама 3.19. и 3.20. је приказана оваква ситуација пријемних сигнала глава 1P и 2P , при чему се сензор 1P налази изнад квадранта узорка са уграђеним дефектом, а сензор 2P се налази изнад квадранта узорка без дефекта. Слика 3.20. показује прво увећање почетног дела сигнала са слике 3.19. На слици 3.19. су уцртане две елипсе, означене са 1P и 2P . Слика 3.20. показује увећање почетног дела тока сигнала са слике 3.19., тако да се види увећани сигнални ток унутар временског периода кога окружују елипсе 1P и 2P . На слици 3.20. је приказан начин одређивања диференције времена које износи 1 = 396 s. Упоређивање сигнала пријемника референцирањем сигнала побуде Претходне две варијанте анализе сигнала су третирале упоређење сигнала пријемих ултразвучних сензора, без да се прецизније референцирао сигнал побуде. Наредне две варијанте анализе сигнала чине управо то. Прва од ове две варијанте је приказана на слици 3.21. У горњем делу се види снимак напона директно на прикључницама одашиљача ултразвука 1S , а испод тога се види снимак напона који је генерисала пријемна ултразвучна глава, које се налази над сегментом 2P . Прва Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-22 препознатљива осцилација 2P је графички заокружена, а време између ње и почетка прве осцилације 1S је означено са tS1P2. Слика 3.21 Варијанта прве препознатљиве периоде осцилације 1S - 2P . Овакав концепт анализе сигнала се заснива на чињеници да након трансмисије ултразвучни талас пристиже са мање или више закашњења у ултразвучне пријемне сензоре, а степен закашњења у односу на случај када нема дефеката зависи од величине и врсте дефекта. Овом приликом се мерење времена закашњења не изводи упоређењем пријемних сензора, већ се сигнал сваке пријемне главе упоређује директно са стартним тренутком сигнала ултразвучне побудне главе. Предности оваквог поступка анализе сигнала је најпре изузетно велика брзина детекције, јер је време tS1P2 много пута краће од времена t21 код варијанте диференције стабилних електричних напона. Предност у односу на варијанту анализе сигнала закашњења сигнала је та, што се референцира поуздан тренутак старта побудног сигнала. Недостатак свих варијанти анализе закашњења сигнала је потреба за квалитетним аналогно дигиталним конверторима високе резолуције. То изазива трошкове који су многоструко већи него ког варијанте диференције стабилних електричних напона. Следећа варијанта анализе сигнала приказана је на слици 3.22. У горњем делу се поново види снимак напона директно на прикључницама одашиљача ултразвука 1S , а испод тога се види снимак напона који је генерисала пријемна ултразвучна глава 2P . Разлика између приказа 3.21. и 3.22. је што је на слици 3.21. графички означен један мање или више произвољан максимум амплитуде прве препознатљиве осцилације сигнала 2P , а на слици 3.22. је означена позиција сигнала 2P , (tS1P2) која се у области електронског мерења назива „окидач” или „тригер”. Када дође до “окидања”, тј. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-23 постизања управо одређене унапред подешене висине амплитуде, почиње се са даљим разматрањем мерних сигнала. Слика 3.22 Варијанта тригерованог сигнала 1S - 2P . Користећи поступак који се заснива на овој варијанти, када дође до означеног “окидања”, измери се време tS1P2, као време између прве осцилације на 1S и временског тренутка окидања тригера. На слици 3.23. где је графички означена разлика времена t21 достизања истог тригерског нивоа за пријемнике P1 и P2. Слика 3.23 Варијанта тригерованог сигнала P1 - P2. Овакав концепт анализе сигнала je сличaн претходној варијанти прве препознатљиве периоде осцилације. Разлика и предност ове варијанте лежи у томе, што би регистровање изазивања тригера било могуће лакше детектовати него извођење детекције прве препознативе осцилације чија је амплитуда изузетно мала (незнатно се издиже изнад нивоа шума). Преостали део извођења закључака у вези стања узорка је као и у досадашњим варијантама закашњења ултразвучног таласа, где је степен закашњења еквивалент величине и врсте дефекта унутар узорка. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-24 3.1.5 Калибрација Код дефектоскопа зaснованог на методи KTUD, је као и код бројних других експерименталних склопова и апаратура из разних области физике, потребно да се реши питање калибрације мерног система. Калибрационо мерење се код KTUD дефектоскопа почиње тако што се у мерну апаратуру најпре монтира калибрациони узорак. Слика 3.24 Изглед неуједначених сигнала сензорских глава 1P , 2P , 3P и 4P пред калибрацију. Слика 3.25 Изједначене амплитуде сва четири сигнала сензорских глава 1P , 2P , 3P и 4P након извршене калибрације. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-25 Калибрациони узорак односно референтни узорак, је специјалан узорак који је анализиран помоћу других апарата и где је без разарања установљено да тај калибрациони узорак не садржи никакав дефект и да је тиме исправан и погодан за извођење калибрације. Када се такав калибрациони узорак причврсти у мерну апаратуру, ултразвучне главе 1S , 1P , 2P , 3P и 4P се монтирају тако да се добије што прецинија геометријска симетрија. Међутим, јасно је да позиције тачкака 1P , 2P , 3P и 4P никада неће бити сасвим симетричне у односу на 1S . Поступак постизања веома великог степена тачности симетрије био би сувише компликован. Приближна симетрија позиција ултразвучних глава значи да постоји релативно мала али ипак постојећа геометријска несиметрија. Ова несиметрија је први разлог неопходности извођења калибрације мерног система пре него се почне са реалним мерењима. Последице несиметрије позиција ултразвучних глава унутар приказаног експерименталног склопа доводе до разлика амплитуда сигнала пријемних ултразвучних глава. Разлози због чега је калибрација неопходна су следећи: ултразвучни побудни сигнал емитован од стране 1S , када након трансмисије кроз узорак допре до ултразвучних сензора 1P , 2P , 3P и 4P , бива конвертован најпре у аналогни сигнал, а затим бива појачан и конвертован у дигитални сигнал, након чега долази до снимања у рачунару односно микроконтролеру. Свака од компоненти унутар сваког појединачног од четири мерна ланца KTUD дефектоскопа, уноси своју грешку, чиме долази до нагомилавања грешака. Чак и уз велику инвестицију у изузетно квалитетне а тиме и скупе компоненте које имају нарочито мале толеранције, мора се рачунати са одступањима. Ако се жели извести KTUD дефектосоп са компонентама приступачних цена, толеранција компоненти ће бити још већа, па ће тиме доћи до још већих одступања. То подвлачи значај теме калибрације система. Амплитуде сигнала које пристигну у 1P , 2P , 3P и 4P ће дакле бити различите и поред тога што се калибрационо мерење изводи над исправним узорком. Из тог разлога је калибрација толико важна и спроводи се у случају KTUD метода на следећи начин: калибрациони узорак, након што је монтиран у мерну апаратуру, све ултразвучне главе се позиционирају колико је могуће симетрично. Тада се укључује генератор функције и проверава да ли су све остале компоненте мерних ланаца укључене. Након тога се покреће софтвер на рачунару, а затим помоћу генератора функције G1 пушта сигнал ултразвучне фреквенције (на пример 45 kHz ). Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-26 Стање сигнала у оваквом сценарију, пре него што је калибрација система изведена, приказана је на слици 3.24. Примећује се да су амплитуде 1P и 3P ниже од 2P и 4P . Калибрација овде приказаног експерименталног склопа се састоји од тога, да се помоћу потенциометара појачавача N1 и N3 повећавају амплитуде 1P и 3P толико да све четири амплитуде буду изједначене. Када се након тога понови мерење, амплитуде су подједнаке, као што је приказано на слици 3.25. Тиме је калибрација путем подешавања степена предпојачања амлитуде сигнала завршена и може се приступити даљим мерењима. Постоји још један важан аспект у смилу решавања питања калибрације који ће бити приказан у експерименталном делу овог рада. Наиме, висине амплитуда пријемника зависе у мањој или већој мери и од вредности механичких притисака којом ултразвучне главе додирују узорак. У идеалном случају је могуће да се пронађе опсег вредности унутар кога притисак може да варира а да то не изазове веће измене амплитуда. У случају да се у томе не успе, онда би се у механичке склопове пријемних сензора, конструкционо предвиделе мерне јединице механичког притиска, чији би се излазни напони укључили у улазне информације микроконтролера KTUD дефектоскопа. 3.2 Софтверско решење апликације за приказ дијаграма мерења Један од важних аспеката мерења је начин приказивања добијених резултата. Имајући то у виду, у реализованом систему посебна пажња је посвећена развоју софтверске апликације која ће кориснику обезбедити адекватно праћење резултата спроведених мерења. Сходно томе у овој секцији ће бити приказане основне карактеристике софтвера за графичко приказивање резултата мерења. Cофтверско решење које се овде приказује, састоји се из релационе базе података (у даљем тексту ће се означавати са DBKTUD) и вишеслојне софтверске WEB апликације која оперише над датом базом података. Развијени софтвер поред практичних аспеката у коришћењу развијене KTUD методе има значај у стварању квалитетног окружења за даљи научно – истраживачки рад на побољшању KTUD методе, у смислу:  оптимизовању подршке структурираном прикупљању и складиштењу мерних података; Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-27  памћењу података за потребе визуализације резултата мерења и истраживања;  омогућавању приступа резултатима истраживања, не само непосредним истраживачима, већ и корисницима широм света, путем Интернета. Веза разматране софверске подршке са KTUD методом лежи у основи на којој су дефинисани оквири за извођење експерименталних мерења. Наиме, поступак мерења који се спроводи у оквиру изведених експеримената, се одвија по унапред дефинисаном систему, где се добијени мерни резултати уписују у одговарајући мерни протокол. За мерне податке из протокола, који се називају „сирови подаци мерења”, потребне је дефинистаи одговарајуће структуре, које треба да гарантују оптимално складиштење података мерења. База података која је у ту сврху дефинисана и која се приказује у овом раду, то омогућава. Осим складиштења сирових података мерења, ова база података има и друге задатаке, а то је да ускладишти и информације о појединачним мерним поступцима, типове и стратегије мерења, податке о коришћеним сигналима мерења, податке о мерним узорцима и карактеристикама употребљених материјала, податке о мерној опреми и фотографским снимцима. База такође треба да омогући памћење и корисничких податке са циљем регулисања права приступа подацима тј. самој WEB апликацији. На основу овако структуриране базе података, могуће је формирање потребних информација за потребе визуализације резултата мерења. Да би се извела анализа добијених мерних резултата, потребни су дводимензионални и тродимензионални дијаграми мерења и међусобно упоређивање појединих дијаграма. За ову сврху разијена је софтверска WEB апликацијa, која омогућава генерисање наведених дијаграма за потребе визуализације резултата мерења. Добијени дијаграми првенствено су корисни члановима истраживачког тима. Могућност да заинтересовани корисници широм света приступе резултатима истраживања, путем Интернета, може значајно побољшати квалитет научно истраживачког рада у области KTUD методе. На тај начин се ствара пут непосредног и максимално брзог приступа експерименталним резултатима од стране широке истраживачке заједнице. Корисници који би се служили оваквим увидом у дијаграме резултата истраживања KTUD методе, могу бити колеге истраживачи, партнерски универзитети и истарживачки институти и многи други. Ово су само поједини примери где се развијена софтверска подршка може користити. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-28 3.2.1 Релациона база података за KTUD Релациона база података [Jin12], [Dav12], на којој се базира софтверска подршка за квадрофонску трансмисиону ултразвучну дефектоскопију (DBKTUD) пројектована је за оптимално памћење свих релевантних података добијених током мерења која спроводе поменутом методом. Слика 3.26 Дијаграм базе података DBKTUD. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-29 Садржај ове базе података је потребан за генерисање свих дијаграма за потребе визуализације резултата мерења добијених KТУД методом. Могућност визуелизације резултата мерења посебно је значајна код примене KTUD методе у научно – истраживачке сврхе. База података DBKTUD се састоји из неколико делова:  главни део базе служи за памћење података о појединачним мерењима, памћење тек добијених података мерења, као и вођење евиденције о типовима и стратегијама мерења и врсти коришћеног сигнала;  у другом делу базе памте се подаци о мерним узорцима и каракатеристикама материјала;  у помоћним табелама се памте подаци које се односе на мерну опрему и фотографске снимке;  табела са корисничким подацима употпуњује скуп табела базе података DBKTUD. Слика 3.27 Кардиналности базе података DBKTUD. За разумевање могућности базе података DВKTUD и самим тим и одговарајуће софтверске подршке неопходно је упознати се детаљније са структуром базе. На слици 3.26 је дат релациони приказ дијаграма базе података DBKTUD. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-30 На слици 3. 27. приказана је дефинисаност кардиналности базе података DBKTUD. Програмски SQL код, (SQL create script), дат је у прилогу на крају рада. Табела T_Measurement Табела T_Measurement има централну позицију унутар базе података DBKTUD, а такође заузима и централну позицију унутар споменуте прве групе табела које служе за памћење података о појединачним мерењима, сирових података мерења, типове и стратегије мерења и врсте коришћених сигнала за мерење. Њена намена је да памти податке о мерењима у смислу појединачних поступака мерења. У конкретном случају, спроводи се поступак мерења за одређени узорак материјала, кроз серију одговарајућих мерења чији се резултати записују у мерном протоколу. Сходно томе табела се састоји од одговарајућих атрибута. ID_Measurement је примарни кључ типа bigint, а генерисање овог идентификатора се остварује помоћу наредбе IDENTITY, која ствара нумеричке вредности које се инкрементирају за 1 (то је у овом случају задата вредност корака инкрементовања), почев од 100, па се лако могу читати. Следи атрибут Name_Measurement за уписивање имена мерења. Име се може доделити по жељи. Тип је nvarchar. Овај атрибут обавезно мора да има садржај, па је дефинисан constraint са NOT NULL. На пример, име: “Merenje_20110818_AlSi12_ 1P _45kHz” би било име мерења које би одговарало мерној серији урађеној 18. августа 2011. године, над узорком материјала Фраунхофер Института AlSi12, мерено ултразвучном главом 1P под фреквенцијом побуде одашиљача 1S , која има вредност 45 kHz. Трећи атрибут – Name_ImportFile представља назив датотеке мерног протокола, а типа је nvarchar и такође мора да има садржај, па је и овде дефинисан constraint са NOT NULL. Четврти атрибут – Comment_Measurement, типа nvarchar, је опционалан (constraint атрибута NULL). Он представља кориснички коментар поступка мерења и дужине је максимално 400 знакова. Наредни атрибути – X_Axis_Label и X_Axis_Unit одређују појединости за цртање x-осе дијаграма. Тако се са X_Axis_Label дефинише какав ће назив имати x-оса, а X_Axis_Unit садржи информацију о којој се јединици мере ради. На пример да ли се ради о секундама, волтима или некој другој физичкој мерној јединици. То је потребно из разлога што је ова база података намењена за памћене података различитих врста мерења. За y-осу је предвиђена група атрибута који садрже податке о мерној јединици, називу осе и врсти сигнала побуде. То је најпре атрибут Y_Axis_Unit аналогно атрибуту X_Axis_Unit x-осе. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-31 Специфичност атрибута за y-осу је то што постоје три атрибута за назив y-осе: Y1_Axis_Label, Y2_Axis_Label и Y3_Axis_Label. Разлог је повезаност табеле T_Measurement са табелом T_MeasurementDataXYZ и то што мерни протокол може одједном да прими мерне вредности за три врсте сигнала: синусне, правоугаоне и троугаоне. Због тога је потребна да постоји могућност дефинисања назива осе у свакој варијанти. Атрибути Y1_Axis_ID_Signal, Y2_Axis_ID_Signal и Y3_Axis_ID_Signal постоје само за y-осу и садрже податке о томе које врсте је сигнал којим се побуђује одашиљач ултразвучног сигнала 1S . Ова три атрибута су страни кључеви табеле T_Signal, која ће бити објашњена у даљем тексту. Кључеви су типа bigint, јер је примарни кључ табеле T_Signal тог типа. Атрибути Z_Axis_Unit и Z_Axis_Label служе аналогно опису за x-осу. Сви атрибути за “…_Unit” и “…_Unit” су типа nvarchar, а сви атрибути који служе опису оса су опционални (constraint атрибута NULL): одговорност за њихово испуњавање или неиспуњавање носи бизнис логика апликације. Атрибут ID_Sample је страни кључ унутар табеле T_Measurement који даје исказ о томе над којим мерним узорком је урађено мерење. Типа је bigint, као и сви типови кључева унутар ове базе података, са изузетком типа примарног кључа табеле T_User, о којој ће још бити говора. Овај атрибут, ID_Sample мора да има садржај, па је дефинисан constraint са NOT NULL. Још један страни кључ је ID_Strategy, у коме са записује каква се варијанта поступака анализе сигнала планира са овим мерењем, потиче из табеле T_Strategy . Из помоћне табеле T_Image потиче страни кључ ID_Image, којим се наводе појединости фотографије, у случају када се овакви снимци раде због документовања мерног поступка. Атрибут Measurement_CreateDate се креира аутоматски и садржи „печат” датума и времена када је унета инстанца у базу података. Тип податка је datetime, а као аутоматски генерисан атрибут има дефиницију NOT NULL. Како се назив овог правила не би препустио аутоматици сервера базе података која генерише нечитка имена, у SQL коду је за ову сврху експлицитно дефинисано име “df_T_Measurement_CreateDate”. Садржај атрибута ID_UserCreate говори о томе који је корисник био логован у апликацију када су се уносили подаци о конкретном мерењу. Овај атрибут није типа bigint, као што је примарни кључ ове табеле, већ је типа uniqueidentifier, као што је то уобичајено када се ради о идентификаторима корисника. Атрибут ID_State служи као тако звани “флег” (flag), да се означи да ли је инстанца валидна, или је можда маркирана као „canceled” или нешто слично. Овај атрибут је страни клуч и потиче из помоћне табеле T_State. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-32 Последњи атрибут ID_Measurement_Type носи информацију да ли је врста изведеног мерења дводимензионалног или тродимензионалног типа (или још нешто друго). Тип податка је bigint, а због важности дефинисан је constraint са NOT NULL. У SQL коду, у дефиницији за креирање табеле T_Measurement (SQL create script која је одштампана на крају рада као додатак), види се како су примарном кључу и свим страним кључевима експлицитно додељена имена, из разлога како се давање ових назива не би препустило аутоматици сервера базе података. Кључеви су названи: pk_T_Measurement, fk_T_Measurement_ID_Sample, fk_T_Measurement_ID_Strategy и тако даље, а увек по правилу да прво слово означава да ли се ради о примарном („p за primary”) или страном кључу („f за foreign”). Томе следи име табеле у којој се врши дефиниција, а на крају се налази име атрибута ако се ради о страном кључу. Дефиницијама страних кључева се постиже референцијални интегритет унутар базе података DBKTUD. Што се тиче нормализације табеле, извршене су провере по следећем редоследу: први услов прве нормалне форме је поступак да се групе података које су повезане, поставе унутар посебних табела. Закључак је да је то случај у табели T_Measurement. Други услов прве нормалне форме казује о атомским подацима атрибута табеле. Другим речима: свако поље сме да садржи само једну вредност атрибута. У овој табели су сви атрибути веома ревносно диференцирани, па је и овај услов испуњен. Трећи услов прве нормалне форме говори о потреби постојања примарног кључа, односно да сваки слог табеле може једнозначно да се идентификује помоћу једног примарног кључа. Кључ ID_Measurement постоји и испуњава услов, па се свеукупно може рећи да је у случају табеле T_Measurement нормализација у смислу прве нормалне форме испуњена. Испуњење друге нормалне форме захтева да су сви атрибути унутар табеле зависни од комплетног примарног кључа, а не само од једног дела примарног кључа. Пошто табела нема комплементаран (сложен) кључ, овај услов је аутоматски испуњен. Осим тога, ревносна провера друге нормалне форме говори о томе да су сви атрибути унутар табеле „потпуно и једино” зависни од примарног кључа. Провера испуњења овог захтева се постиже провером сваког атрибута понаособ у релацији са примарним кључем. Тако је на пример име мерења Name_Measurement везано искључиво за примарни кључ, исто важи и за назив датотеке мерног протокола, за коментар такође итд. Оваква провера даје резултат да је друга нормална форма испуњена. Анализом треће нормалне форме се поставља питање да ли се унутар дате табеле евентуално Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-33 налазе неки атрибути који нису зависни директно од примарног кључа, већ од неког другог атрибута унутар табеле. Тако се на пример може проверити да ли је врста мерног узорка ID_Sample можа зависна од статегије мерења ID_Strategy. Ако би то био случај, трећа нормална форма не би била испуњена. Међутим, врста узорка није предмет варијанти стратегија мерења, па овде нема зависности. Такође и прецизне провере свих осталих атрибута у разним комбинацијама односа појединачног атрибута у односу на све остале релевантне атрибуте (што захтева пуно времена и размишљања), резултирају закључком, да је у случају табеле T_Measurement трећа нормална форма испуњена. Након анализе испуњена три степена нормализације, следи коментар кардиналности. Веома је важан поглед кардиналних односа табеле T_Measurement као језгра групе табела које служе за конкретне податке о појединачним мерењима, масовне податке мерења, типове и стратегије мерења, у односу на табеле T_MeasurementDataXYZ, T_Measurement_Type и T_Strategy. Однос кардиналности табеле T_Measurement у односу на T_MeasurementDataXYZ је 1:n, јер ће једном једином мерењу у смислу табеле одговарати на стотине инстанци унутар табеле T_MeasurementDataXYZ. Једна инстанца унутар табеле T_Strategy се потенцијално појављује као употребљена стратегија унутар бројних могућих мерења, па кардиналност гледано са стране табеле T_Measurement, износи n, а кардиналност на страни табеле T_Strategy износи 1. За табелу T_Measurement_Type такође важи 1:n. Табела T_MeasurementXYZ Табела T_MeasurementXYZ је табела са најважнијом везом са табелом T_Measurement јер садржи масовне податке мерења. На примеру за већ споменуто мерење са називом: “Merenje_20110818_AlSi12_ 1P _45kHz”, ова табела садржи као страни кључ IDENTITY вредност примарног кључа табеле T_Measurement. Овај атрибут, ID_Measurement, заједно са атрибутом Measurement_Counter, представља комплементаран примарни кључ табеле T_MeasurementXYZ. Атрибут Measurement_Counter је бројач кога генерише бизнис логика апликације. У комбинацији су ова два атрибута једнозначна и испуњавају критеријуме примарног кључа. У случају наведеног примера мерења, цео скуп мерних слогова износи ред величине од стотину. Сваки слог унутар табеле T_MeasurementXYZ, поред два дела примарног кључа, најпре садржи вредност притиска на пријемну ултразвучну главу, што се складишти у атрибуту X_Axis_Value. Овај атрибут мора да има садржај, па је дефинисан constraint са Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-34 NOT NULL. За информације које ће се приказивати на y -оси, следе три атрибута са сличним именима: Y1_Axis_Value, Y2_Axis_Value и Y3_Axis_Value. Сва три такође типа int. Ови атрибути ће примити вредности амплитуде измереног напона кога је регистровала одговарајућа пријемна ултразвучна глава. При томе, атрибут Y1_Axis_Value је надлежан за вредности напона који је, под датим притиском, генерисала пријемна глава, у варијанти, када је напон побуде одашиљача 1S имао сигнални облик синусоиде. Када је напон побуде имао правоугаони облик, онда се вредност примљене амплитуде складишти под атрибутом Y2_Axis_Value. Аналогно томе, атрибут Y3_Axis_Value одговара напону који ће се представити на y -оси онда када је тип сигнала побуде био троугаони. Сва три “Y-атрибута” имају constraint NULL, јер је контрола над пуњењем података y-осе у рукама бизнис логике. У смислу спречавања редунданције података, дефинитивна информација о томе који тип електричног сигнала којим се побуђује одашиљач ултразвучног сигнала 1S , одговара појединачном „Y- атрибуту” ове табеле, садржан је унутар групе Y…_Axis_ID_Signal атрибута унутар табеле T_Measurement, а не унутар ове табеле. Специфичност правила пуњења „Y- атрибута” ове табеле је и та, што у случају мерења која се изводе са само једном врстом типа сигнала побуде, колоне атрибута Y2_Axis_Value и Y3_Axis_Value остају празни, а пуни се једино колона испод атрибута Y1_Axis_Value. Бизнис логика је та која ће на основу информација из табеле T_Measurement и табеле T_Measurement_Type да сазна из којих колона табеле T_MeasurementXYZ да исчитава вредности за цртање дијаграма мерења, а ово знање није садржано у табели T_MeasurementXYZ, што се има захвалити испуњеним правилима нормализације унутар базе података DBKTUD. Последњи атрибут ове табеле носи назив Z_Axis_Value, такође је типа int (constraint NULL), а у наведеном примеру мерења одговара вредности напона којим се погони одашиљач 1S . Провере нормализације ове табеле: први услов прве нормалне форме да се групе података које су повезане поставе унутар посебних табела је овде испуњена. Закључак је да је то у табели T_Measurement случај. Друга одлука прве нормалне форме ја такође у реду, јер свако поље садржи само једну вредност атрибута. Услов за испуњење треће одлуке прве нормалне форме у смислу дефиниције примарног кључа је такође испуњен. Друга нормална форма је испуњена, јер су сви атрибути унутар табеле зависни од комплетног примарног кључа: он се састоји само од једног дела. Анализа треће нормалне форме даје резултат да се унутар табеле T_MeasurementXYZ не налазе никакви атрибути који нису зависни директно од примарног кључа, већ од неког другог Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-35 атрибута унутар табеле, па је трећа нормална форма испуњена. Однос кардиналности табеле T_Measurement у односу на T_MeasurementDataXYZ је 1 : n. Као што је објашњено у опису табеле T_Measurement. Табела T_Measurement_Type Табела T_Measurement_Type је табела која је повезана са табелом T_Measurement и садржи податке о томе, ког су типа мерења. Један тип мерења у овом смислу је такозвано „тродимензионално мерење”, као што је учињено на примеру мерења “Merenje_20110818_AlSi12_ 1P _45kHz”, где је изведено мерење вредности притиска на пријемну ултразвучну главу као прва димензија (x-оса), те мерења вредности напона мерне главе у три варијанте сигналног облика напона побуде одашиљача 1S : синусоиде, правоугаоног сигнала и троугаоног сигнала (y-оса), а синхроно је протоколисана висина напона побуде одашиљача 1S (z-оса). Други типичан тип мерења је „дводимензионално мерење”, када се на пример протоколише запремина симулираног дефекта по x -оси и напон кога региструје пријемна ултразвучна глава по y -оси. Тако се може наставити са дефинисањем разних типова мерења, а табела T_Measurement ће адекватне описе користити за сваки свој слог, без да се тип мерења мора објашњавати сваки пут изнова. Софверска апликација ће ове информације користити приликом генерисања мерних дијаграма. Атрибут ID_Measurement_Type је примарни кључ типа bigint, а генерисање идентификатора се као и код табеле T_Measurement остварује помоћу наредбе IDENTITY, која ствара нумеричке вредности које расту за задато одстојање од по 1. Следи атрибут за опис типа мерења које мора имати садржај, па је дефинисан constraint са NOT NULL. На пример “Тродимензионално мерење”. Последњи атрибут: Measurement_CreateDate се и у овој табели креира аутоматски и садржи „печат” датума и времена када је унета инстанца у базу података. Типа податка је datetime, а као аутоматско генерисан атрибут има дефиницију NOT NULL. За овај constraint је експлицитно дефинисано име “df_Т_Type_CreateDate”. У смислу нормализације ове табеле: Прва одлука прве нормалне форма је овде испуњена. Друга одлука прве нормалне форме је такође испуњена: свако поље садржи само једну вредност атрибута. Испуњење треће одлуке прве нормалне форме у смислу дефиниције примарног кључа је такође постигнуто. Сви атрибути унутар табеле су зависни од комплетног примарног кључа, па је друга нормална форма испуњена. Пошто нема никаквих атрибута који нису зависни директно од примарног кључа, већ Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-36 од неког другог атрибута унутар табеле и трећа нормална форма је испуњена. Однос кардиналности табеле T_Measurement_Type у односу на T_Measurement је 1:n. Табела T_Strategy Глава три овог рада, унутар које се објашњава KTUD метода, прецизира разне стратегије анализе сигнала у смислу разних варијанти поступака анализе са одговарајућим концептима математичких модела. Ово је тема табеле T_Measurement_Strategy, која је такође повезана са табелом T_Measurement. Примарни кључ носи име ID_Strategy и типа је bigint, генерише се помоћу IDENTITY и он је као увек NOT NULL. Атрибут Name_Strategy садржи име стратегије (NOT NULL) типа је nvarchar, а помоћу следећег атрибута CommenT_Strategy омогућен је опционалан опис (constraint NULL). И код ове табеле последњи атрибут: Strategy_CreateDate садржи „печат” датума и времена, када је унет појединачан слог. Нормализација је испуњена аналогно испуњењу одлука нормалних форми претдходно описане табеле T_Measurement_Type. Однос кардиналности табеле Т_ Strategy и T_Measurement је такође 1:n. Табела T_Signal Ова табела служи складиштењу информација о врстама сигнала, као што су синусни, правоугаони, троугаони. Примарни кључ носи име ID_Signal и типа је bigint, генерише се помоћу IDENTITY, NOT NULL, почев од броја 1, са порастом од 1. Атрибут Name_Signal садржи назив облика сигнала (NOT NULL), типа је nvarchar, а атрибут Comment_Signal служи за опционалан опис (constraint NULL). И код ове табеле последњи атрибут: Signal_CreateDate садржи „печат” датума и времена. Нормализацијa је испуњена аналогно испуњењу одлука нормалних форми претходно описане табеле Т_Strategy. Однос кардиналности табеле T_Strategy у односу на T_Measurement је 1:n. Овим описом табеле завршава се опис групе табела које служе за конкретне податке о појединачним мерењима, масовне податке мерења, те типове и стратегије мерења и врсту употребљеног сигнала. Табела Т_Sample Табела Т_Sample је главна табела области базе података DBKTUD која служи да складишти податке о мерним узорцима и карактеристикама материјала. Њена намена је да складишти податке о мерним узорцима. Сваки поступак мерења се изводи са посебним узорком материјала над којим се врши серија мерења које се записују у мерном протоколу. Ова табела је саздана најпре Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-37 од атрибута ID_Sample који је примарни кључ типа bigint, а генерисање идентификатора се остварује помоћу наредбе IDENTITY, која ствара нумеричке вредности које расту, почевши од броја 5001 за задато одстојање од по 1, па се лако могу читати и лако се разликују од вредности осталих идентификатора. У SQL коду, унутар дефиниције за креирање табеле Т_Sample, одштампаног на крају рада као додатак, види се као је овом примарном кључу додељено експлицитно име „pk_Т_Sample”. Следи атрибут Name_Sample за име узорка које додељује како је примерено. Типа је nvarchar. Овај атрибут мора да има садржај, па је дефинисан constraint са NOT NULL. На пример, име: “AlSi12” је име узорка које се односи на главни мерни узорак овога рада који је на Фраунхофер Институту у Немачкој директно ласерски синтерован поступком „DLSM”. Трећи атрибут: Comment_Sample, типа nvarchar, може да прими опционалан (constraint атрибута NULL) кориснички коментар узорка до максимално 400 знакова. Наредни атрибути: ID_Material је страни кључ унутар табеле Т_Sample. Типа је bigint, као и сви типови кључева унутар ове базе података, са изузетком типа примарног кључа табеле T_User. Овај атрибут, ID_Material мора да има садржај, па је дефинисан constraint са NOT NULL. Пети атрибут табеле Т_Sample је Unit_Sample, типа nvarchar и садржи јединицу мере дужине која је дефинисана за групу атрибута који следе. Наредна група атрибута: Length_Sample, Width_Sample, Height_Sample, Cal1_Sample, Cal1Boring_Sample, Cal2_Sample и Cal2Boring_Sample, сви типа int, садрже механичке вредности узорка и то његове дужине, ширине, висине и вредности пресека бушотина уграђених дефеката. Тринаести атрибут ID_Image је страни кључ унутар табеле Т_Sample, типа bigint и везује евентуално направљену фотографију узорка. Атрибут Sample_CreateDate се креира аутоматски и садржи „печат” датума и времена, када је унета инстанца у базу података. Тип податка је datetime, а као аутоматско генерисан атрибут има дефиницију NOT NULL. Како се назив овог правила не би препустио аутоматици сервера базе података, у SQL коду је и у овом случају експлицитно дефинисано име које овде гласи “df_Т_Sample_Sample_CreateDate”. Садржај последњег атрибута ове табеле, атрибута ID_State служи као “флег” („flag”) да се означи да ли је ова инстанца валидна или је означена као неважећа или нешто друго. Овај атрибут је страни кључ и потиче из помоћне табеле T_State. Однос кардиналности табеле Т_Sample у односу на T_Measurement је 1:n, јер ће читавом низу мерења унутар табеле T_Measurement одговарати једна те иста инстанца унутар табеле Т_Sample. Тачно узев, за сврхе мерења чији се резултати приказују у овом раду, табела Т_Sample садржи само две инстанце, за узорак AlSi12 и за упоредни Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-38 узорак AlMg3, док табела T_Measurement садржи повећи број инстанци разних мерења, а свако мерење референцира или први узорак, AlSi12 или други узорак, AlMg3. Табела Т_Material Табела Т_Material је друга табела области базе података DBKTUD, која служе да складишти податке о мерним узорцима и карактеристикама материјала. Њена намена је да складишти податке о материјалу мерног узорка. Подељеност података на табеле Т_Sample и Т_Material је и те како оправдана и ако се то у ситуацији извожења мерења овог рада можда не види на први поглед. Иако је прва инстанца унутар табеле Т_Sample везана за прву инстанцу табеле Т_Material, где се ради о узорку AlSi12 и опису материјала AlSi12, а друга инстанца унутар табеле Т_Sample везана за другу инстанцу табеле Т_Material, где се ради о узорку AlMg3 и опису материјала AlMg3, то у општем случају не мора да буде тако. Наиме, када се раде истраживања у још већем обиму, онда постоји знатно већи број узорака. Тада унутар свеукупног скупа узорака, по правилу постоји бар један подскуп механичко гледано различитих узорака, а који су израђени од једне те исте врсте материјала. Највероватније постоји чак неколико подскупова узорака од једне те исте врсте материјала. Тиме би уношење атрибута о врсти и карактеристикама материјала у табели Т_Sample повредило правила нормализације. Ова табела Т_Material најпре садржи атрибут ID_Material који је примарни кључ типа bigint, а генерисање идентификатора остварује помоћу наредбе IDENTITY, за вредности које расту почевши од броја 3001 за одстојање од по 1, како би се лакше разликовали од вредности осталих идентификатора. У SQL коду, унутар дефиниције за креирање табеле Т_Material, овом примарном кључу додељено је експлицитно име „pk_Т_Material”. Трећи атрибут, Comment_Material, за назив материјала. Типа је nvarchar и мора да има садржај (NOT NULL). Атрибут Characteristics_Material је такође типа nvarchar, може да прими опционалан текст о карактеристикама материјала до максимално 400 знакова. Пети атрибут ове табеле: ID_Image је страни кључ унутар табеле Т_Sample, типа bigint и везује евентуално направљену фотографију неке маркантне површине материјала. Атрибут Material_CreateDate се и овде креира аутоматски и садржи „печат” датума и времена, када је унета инстанца у базу података. Тип податка је datetime, аутоматски је генерисан и има дефиницију NOT NULL, чије је име constraintа “df_Т_Material_CreateDate”. Последњи атрибут ове табеле, ID_State, означава евентуално потребно стање. Однос кардиналности табеле Т_Material у односу на Т_Sample је 1 : n, јер ће, као што је већ објашњено, читав низ узорака унутар табеле Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-39 Т_Sample потенцијално одговарати једној те истој инстанци унутар табеле Т_Материјал. Описом табеле Т_Material завршен је опис области базе података DBKTUD, која служи за складиштење података о мерним узорцима и каракатеристикама материјала. Табела T_Device Табела T_Device је табела из скупа помоћних табела, које се тичу мерне опреме, фотографских документационих снимака, корисничких података и стања. Намена у вези ње је да складишти податке о појединачном мерном уређају. Примарни кључ јој је атрибут ID_Device, генерисан помоћу IDENTITY, за вредности које расту почевши од броја 4001 за одстојање од по 1, за лакше разликовање од осталих вредности идентификатора. Овом примарном кључу је додељено експлицитно име „pk_T_Device”. Други атрибут, Name_Device, служи за назив материјала. Типа је nvarchar и мора да има садржај (NOT NULL). Атрибут Comment_Device је типа nvarchar и служи да може да прими опционалан коментар о мерном уређају, до максимално 400 знакова. Четврти атрибут Characteristics_Device је типа nvarchar и може да прими опционалан текст о карактеристикама уређаја, такође до 400 знакова. Пети атрибут ове табеле је ID_Image, као идентификатор евентуалне фотографије уређаја. Атрибут Material_CreateDate је „печат” датума и времена, чије је име constraintа “df_Т_Device_CreateDate”. Последњи атрибут и ове табеле је познати атрибут ID_State. Однос кардиналности табеле T_Device у односу на T_Measurement је m : n, јер разне инстанце из табеле T_Measurement користе, од случаја до случаја, разне инстанце из табеле T_Device. За реализацију m:n везе, програмирана је табела T_Measurement_Device. Табела T_Measurement_Device T_Measurement_Device је друга табела из скупа помоћних табела које се тичу мерне опреме, фотографских документационих снимака, корисничких података и стања. Њена намена је да оствари m:n везу између T_Measurement и табеле T_Device. Ова табела има комплементаран примарни кључ који се састоји од два дела: атрибута ID_Measurement и атрибута ID_Device, оба типа bigint. Атрибут Material_CreateDate као „печат” датума и времена чије је име constraintа “df_T_Measurement_Device_CreateDate”. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-40 Табела T_State Примарни кључ ове помоћне табеле, ID_State је типа bigint и генерише се помоћу IDENTITY, NOT NULL, почев од броја један кораком од 1. Атрибут Name_State садржи назив стања (NOT NULL), типа је nvarchar. Оваква стања обичо имају вредности 1 или 0, а могу имати и друге вредности. Оваква стања унутар разних инстанци продуктивних релационих база података имају карактер “флег-а” и служе да опишу стање, као што је стање валидности или стање “canceled”, или неко сасвим друго посебно стање. То може бити “hidden”, или “excluded”. Искуство о примерености имплементације оваквих вредности долази из дугогодишњег обимног рада са продуктивним базама података, када се појављују најразличитији сценарији потребе да се разне инстанце додатно окарактеришу да се са таквим једним “флег”-ом омогући њихов сасвим специјалан третман у прорачуну, приказу, сортирању итд. Атрибут Comment_State је стандардан атрибут служи за опционалан опис (constraint NULL) који је нарочито у оваквом случају веома користан да на правом месту опише, о каквој ознаци се у датом случају ради. Последњи атрибут: Signal_CreateDate садржи „печат” датума и времена. Однос кардиналности табеле T_State са мноштвом других, претходно описаних табела, је увек 1:n, при чему потенцијално велики број инстанци других табела, референцира само неколико појединачних инстанци табеле T_State. Оваква табела, у почетку коришћења базе података, обично има само две вредности, 0 и 1, а обично тек касније, у току продуктивног рада и током читавог низа година, долази до уношења неколико додатних инстанци. Табела T_Image Ова табела служи да складишти податке о фотографијама или другом електронско графичком материјалу, за сврхе разних табела унутар базе података DBKTUD. Њен примарни кључ је назван ID_Image, типа је bigint и генерише се помоћу IDENTITY, NOT NULL, почев од броја 7001 са порастом од 1. Други атрибут, Name_Image (NOT NULL), садржи назив „слике”, типа је nvarchar, а у овом специјалном случају треба да послужи за уписивање не само имена електронског фајла, већ и трага “path”, на рачунару, где је изведено физичко складиштење датотеке. Трећи атрибут, Comment_Image садржи додатни опис. Атрибут Image_CreateDate садржи „печат” датума и времена. Однос кардиналности табеле T_Image са табелом T_Measurement је 1:n. Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-41 Табела T_User Описом табеле T_User завршава се опис последње, треће области табела релационе базе података DBKTUD. Ову трећу област табела, као што је већ речено, сачињавају табеле које се тичу мерне опреме, фотографских документационих снимака, корисничких података и стања. Намена јој је да складишти податке о корисницима софтверске апликације, а смисао тога у продуктивном погону оваквих апликација, је пре свега регулисање права приступа софверској апликацији. Овакав „security feature” омогућава да део потенцијалних корисника који на неки начин дођу до „линк”-а апликације, најпре уопште не могу да се „улогују”, све док администратор експлицитно не унесе појединачне кориснике у базу података, конкретно у ову табелу. Друга намена ове табеле је та да се специјално унутар табеле T_Measurement запише који је корисник био надлежан за складиштење података о појединачном мерењу. Једно могуће проширење ове табеле, као и могуће проширење бизнис логике апликације, би било то да се уведу диференцирани нивои права приступа, па да појединачне групе корисника могу да виде и користе веће или мање делове функционалности апликације. Примарни кључ табеле T_User је атрибут ID_User, типа uniqueidentifier, што стоји за UUID односно за “Universally Unique Identifier”. Ради се о стандарду који је створио гремијум “Open Software Foundation” OSF. Намера иза тога је постизање могућности означавања у оквиру подељених структура, без да је за то потребна нека централна координација. Сходно том стандарду који је документиран у оквиру ISO/IEC 11578:1996 “Information technology – Open Systems Interconnection – Remote Procedure Call (RPC)” и као посебни стандард ISO/IEC 9834-8:2005, UUID је ознака која се састоји од 16 бајта, подељено у пет група. Пример: F7F67514-9B08-4922-B72E-A091451BE43. И ако једнозначност такве ознаке није гарантована, свеукупан могући број кључева је толико велики да вероватноћа генерисања два иста кључа практично конвергира ка нули. Следи група атрибута: NameFamily_User, NameFirst_User, LoginName_User, Email_User и Password_User, који чине уобичајане атрибуте за овакве ситуације. Атрибут Comment_User, типа nvarchar, служи за опционалне коментаре о кориснику. Четврти атрибут Characteristics_Device је типа nvarchar и може да прими опционалан текст о карактеристикама уређаја, такође до 400 знакова. Атрибут Material_CreateDate је уобичајени „печат” датума и времена, чије је име constraintа “df_T_User_CreateDate”. Последњи атрибут и ове табеле је атрибут ID_State. Однос кардиналности табеле T_User у односу на T_Measurement је 1:n, јер разне инстанце из табеле T_Measurement потенцијално користе, од случаја до случаја, инстанцу једног те истог корисника из табеле T_User. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-42 3.2.2 WEB апликација WEB апликацијa која се приказује у овом раду специјално је разијена да омогући генерисање дијаграма за потребе визуализације резултата мерења која су изведена у оквиру примене KTUD методе, и омогућавање потенцијалним удаљеним корисницима да путем Интернета добију могућност увида у дијаграме који су резултат коришћења KTUD методе. Ова могућност има посебан значај када се KTUD метода користи у научно – истраживачке сврхе. У функционалном смислу апликација омогућава приказ дводимензионалних и тродимензионалних дијаграма мерења, а осим тога и упоређења појединих дводимензионалних дијаграма. На слици 3.28. је приказан изглед основног прозора разматране WEB апликације. Слика 3.28 Приказ основног прозора WEB апликације за приказ мерних дијаграма у оквиру KTUD методе. Дијаграми генерисани у оквиру ове апликације приказани су у четвртој глави овог рада. Они се рендерују на основу великог броја података који су резултати мерења која су унета у базу података DBKTUD, а која је описана у претходном поглављу. Категорије могућих дијаграма су сходно експерименталном концепту овог рада: „Резултати и анализа резултата мерења на узорку AlSi12 без дефекта”, „Резултати и анализа резултата мерења на узорку AlSi12 са дефектом”, „Резултати и анализа резултата мерења на узорку AlMg3 без дефекта” и „Резултати и анализа резултата мерења на узорку AlMg3 са дефектом”, а за сваку од ове четири наведене категорије се у датом контексту на корисничкој површини може изабрати врста сигналног облика и Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-43 вредност сигнала побуде. У складу са тим на слици 3.29. је приказана UML структура софтверске архитектуре апликације за приказ мерних података у оквиру KTUD методе. Након избора корисника, притиском на линк „Цртање дијаграма”, генерише се дијаграм у .pdf формату. Софтверске развојне технолошке платформе на којима је заснована ова апликација су оперативни систем Microsoft Windows XP Professional SP 3 Version 9, програмерско развојно окружење Microsoft Visual Studio Team System 2008, програмски језик: C# .NET Framework 3.5 [She06], а платформа претходно описане базе података је Microsoft SQL Server 2008 R2 Version 10 са Microsoft SQL Server Management Studio. Интернет претраживач је Microsoft Internet Explorer 8.0. Слика 3.29 UML дијаграм софтверске архитектуре апликације за KTUD методу. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 3-44 Ова апликације се заснива на принципу структурирања у облику вишеслојне архитектуре слојева са јаком програмском кохезијом [Far08] у смислу архитектуре хоризонталних слојева и вертикалних специјализованих модула, као што је то приказано на слици 3.29. Предност овакве архитектуре је знатно побољшање степена прегледности, што је од изузетно великог значаја код великог обима софтверских апликација. Осим тога, након извршене измене унутар једног слоја, лакше је могуће поуздано мењати и тестирати програм, а специјализованост имплементисања функционалности за извођење прецизно дефинисаних појединачних задатка, доводи до високог степена перформантности целокупне апликације. Горњи слој, у смислу хоризонталне поделе функционалности означен је са “GUI” (Graphical User Interface), који се такође назива и “Presentation tier” ili „Presenation layer”, осим задатака графичког приказа, служи и за интеракцију са корисницима, пре свега за избор варијанти дијаграма који треба да се прикажу. Следећи слој хоризонталне поделе је означен са BL, што стоји за “Business layer”, а задаци су имплементирање примена математичких алгоритама или неки други поступци уградње логике, валидације или слично. Доњи од три хоризонтална слоја је слој “DB Accessors”, који је специализован за приступ бази података. То је слој унутар кога се говори не само програмским језиком C#, већ и са програмским језиком база података SQL. Овај слој приступа релационој бази податка DBKTUD. Приликом реализације пројекта софверске архитектуре ове апликације, након извршене поделе функционалности на хоризонталне слојеве, додатно је изведена вертикална подела слојева на појединачне модуле (одн. компоненте), од којих сваки има свој, још у већој мери специјализован задатак. У вези са оваквим поступком се у информатици користи појам „јака кохезија”. Приказана детаљнија архитектура на хоризонталном нивоу GUI садржи следећа три модула: “2DPage”, “Overview” и “3DBL”. Слика 3.29 је изведена помоћу језика UML који осим приказа појединачних модула, пружа и додатне могућности. У овом случају је примењен дијаграм класа. Тако се види да су модули “2DPage”, “Overview” и “3DBL” приказани симболима класа. Сваки од њих је имплементиран на основу истоимене програмске класе, која свака за себе садржи потребне функције, које се у жаргону објектно оријетисаног програмирања називају методе. Сва три модула се користе поступком наслеђивања (inheritance) тако што наслеђују потребну инфраструктуру приступа wеb-у, од стандардне класе за “System.Web.UI.Page”. Модул “2DPage” је намењен приказу дводимензионалних дијаграма, задатак модула “3DBL” је опхођење са Метода квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије (KTUD) 3-45 тродимензионалним дијаграмима, а модул “Overview” служи да омогући прегледе и избор опција приказа. Иначе, у контексту слоја GUI се налази фајл „web.config” који служи за потребе конфигурације GUI слоја без да је за потребе измене конфигурације потребно поновно компајлирање кода. Фајл „web.config” није класа, већ стандардни фајл WEB апликације, тако да није приказан унутар UML дијаграма слике 3.29. Архитектура на хоризонталном нивоу „BL” садржи три модула модула: “2DBL”, “WBL” и “3DBL”. Свака од ова три модула коренспондира са претходно наведеним модулима слоја GUI, при чему је сваки од њих предвиђен за имплементацију потребних алгоритама, логике и валидације. Детаљнија архитектура на слици 3.29, на хоризонталном нивоу “DB Accessors”, приказује модуле “2DDAL”, “WDAL” и “3DDAL”. Након што је UML дијаграм један дијаграм класа, види се да модули “2DDAL”, “WDAL” и “3DDAL”, приказани симболима класа, поступком наслеђивања (inheritance), користе потребну инфраструктуру приступу бази података од класе „OsnovnaKlasa”. Модул “2DDAL” је намењен селектирању податка за дводимензионалне дијаграме и имплементирању SQL-фуннкционалности уппоређивања 2D-дијаграма, задатак модула “3DDAL” је добављање података за тродимензионалне дијаграме, а модул “WDAL” служи да омогући селекцију избора опција приказа. У прилогу рада приказани су делови софтверског кода разматране WEB апликације. Делови кода су класе “ModulPristupBazi_OsnovnaKlasa”, затим софтверски код класе “DAL_3D” модула специјализованог за тродимензионалне дијаграме са функцијама као што су одабир мерења, одабир мерења за упоређивање, одабир врста сигнала, одабир напона одашиљача, узимање вредности Y1, Y2 и Y3, узимање вредности за приказивање мерења итд. Такође је приложен и програмски код горњег слоја који садржи функције за одабир мерења са адекватним функцијама површине апликације које реагују на селектоване промене које позивају модуле доњих слојева. Могућност приступа резултатима истраживања KTUD методе путем Интернета, за заинтересоване кориснике широм света реализована је на сајту www.ktud.rs. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-1 4. РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЈА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИХ МЕРЕЊА KTUD У овом поглављу су приказани резултати експерименталног и аналитичког истраживања односно поступци мерења, која су изведена унутар истраживања са циљем доказивања тезе, да се применом фреквенција од само неколико десетина kHz помоћу KTUD методе може продрети кроз материјал, чије су карактеристике висока порозност и шупљикавост, а специјално кроз материјал који је синтерован методом директног ласерског синтеровања метала. Централни део овог поглавља су резултати мерења који су остварени над узорком AlSi12 произведеног DLSM поступком, а након тога следи поглавље које се односи на мерења над стандардним индустријским узорком AlMg3. За реализацију дефектоскопа заснованог на KTUD методи, потребно je проћи кроз читав низ конструкторских одлука. У том смислу је потребно испитати физичке феномене који се појављују у контексту ултразвучне трансмисије, а нарочито оне феномене, који су од примарног значаја за дефектоскопију помоћу дефектоскопа који се заснива на квадрофонској трансмисионој ултразвучној дефектоскопији KTUD. Изузетно је важно пронаћи начин за постизање оптималне ефикасности у смислу што јасније реакције мерног система на дефекте који се налазе унутар испитаног узорка. Осим тога, важно је постићи најбољу могућу поузданост и продорност KTUD методе, а истовремено спречити или минимирати изворе грешака мерења и решити питање калибрације система, а све то уз помоћ што јефтинијих компоненти. Да би се остварила предност ниске цене KTUD дефектоскопа, потребно је искористити што више механичких, електронских и других компоненти које се на тржишту могу набавити по изузетно ниским ценама. Најчешћи разлог за ниску цену компоненти, је тај, што се оне употребљавају у неким можда сасвим другим облицима примене, у великом броју. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-2 Пратећи такав принцип селекције компоненти, избор за ултразвучне главе пада на пиезокерамике који су у широкој употреби. Пиезокерамике које су употребљене за мерења која се приказују у овом раду, су PZT керамике од олово цирконијум титаната PbZrTiO , а које се користе у кавитационим коритима. Њихова резонантна фреквенција износи 45 kHz . Да би се истражило под којим условима и са каквим конкретним механичким и електронским конструкционим решењима је могуће постићи најјаснију реакцију мерног система KTUD методе, на дефекте који се налазе унутар узорка који се испитује и како постићи најбољу могућу ефикасност, поузданост и продорност KTUD методе, значајан аспект представљају експериментална мерења и анализа феномена који стоје у релацији са интензитетом механичког притиска којим су подвргнуте пријемне ултразвучне главе. Што се тиче ефикасности у смислу што јасније реакције система на евентуалне дефекте, као и што се тиче цене употребљених компоненти, циљ је постићи што веће пријемне амплитуде, које су у идеалном случају толико високе да их није потребно додатно појачавати пред улазак у аналогно дигитални конвертор. Избегавање додатног појачања сигнала пред улазак у A/D конвертор, има ефекат избегавања деформација које уноси појачивач, а пбољшава се и свеукупан однос сигнала и шума и додатно се штеде трошкови појачивачке компоненте. Једна од нестабилности, која у пракси има значајног удела у проблематици калибрације, је неједнакост амплитуда напона сигнала пријемних ултразвучних глава iP условљена неуједначеним механичким притисцима на њих. Висина притиска на одашиљачку ултразвучну главу 1S такође утиче на висину амлитуда пријемних сигнала, али ова околност није од примарног значаја у смислу калибрације дефектоскопа, због подједнаког утицаја на мерне резултате све четири пријемне мерне главе. Узорак својом тежином плус тежином притисака затега над пријемним главама, лежи на одашиљачкој глави, па је тиме имплицитно познат ред величине притиска над одашиљачком главом. Експериментална истраживања се усмеравају на проналажење математичке функције зависности амплитуда напона сигнала пријемне ултразвучне главе од механичког притска. У идеалном случају, проналази се опсег механичког притиска, унутар кога тај притисак може да варира, а да то не изазива знатне измене амплитуда напона унутар пријемних глава, што је једна од теза овог рада. Када се oва математичка функција пронађе, опруге унутар механизама пријемних ултразвучних глава могу се Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-3 димензионисати тако, да изазивају механички притисак који је увек у оптималном опсегу, а све то са малим улагањем у механичку прецизност. Ако се у оквиру експерименталних истраживања покаже да нема таквог оптималног опсега, онда је неопходно извести конструкцију механизама пријемних ултразвучних глава уз избор опруга чије су толеранције толико мале да разлика механичких притисака које оне изазивају буду минималне. Овакво повећање прецизности конструкције као и знатно смањења толеранција механичких опруга, доводи до повећања трошкова комоненти KTUD дефектоскопа. Такво повећање је супротно тежњи у смислу постизања ефикасности уз остваривање ниске цене коштања KTUD дефектоскопа. Тиме се види од коликог је значаја истраживање утицаја механичког притиска на амплитуде напона сигнала пријемних ултразвучних глава. За проналажење математичке функције зависности амплитуда напона сигнала пријемне ултразвучне главе од механичког притиска, постоји још једна додатна мотивација која утиче на развој дефектоскопа заснованог на KTUD методи. Наиме, ако се решење проблема калибрације не би остварило на неки од претходно описаних начина, онда би решења могла тј. морала да буду изведена тако, да се описана конструкција KTUD дефектоскопа прошири. То би се учинило тако, што би се у сваку пријемну ултразвучну главу додатно уградила по једна мерна јединица механичког притиска. Таква додатна мерна јединица би представљала модул који већ постоји као индустријски серијски производ, а његова цена набавке је релативно ниска. Излазни електрични сигнали ових мерних јединца би се додатно укључили у улазне информације микроконтролера KTUD дефектоскопа. На тај начин би било могуће да се измерене разлике притисака, математички компензују током спровођења калкулације у микроконтролеру. У оквиру поступка истраживања, тј. серија мерења зависности амплитуда напона сигнала пријемне ултразвучне главе од механичког притска, изведена су додатна истраживања која су овом приликом стојала на располагању. Она се односе на испитивање утицаја висине напона ултразвучног сигнала којом се напаја одашиљач 1S на висину напонских амплитуда генерисаних од стране пријемних ултразвучних глава iP , а осим тога је изведено и испитивање утицаја облика електричних сигнала којом се напаја одашиљач 1S . Сврха уношења додатних параметара у експериментални поступак, је упознавање ефеката који стоје у вези са варијацијама тих додатних параметара. При овом је мотивација, да се покуша проналажење опсега и врсте параметара који потпомажу Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-4 проналажењу што бољег система калибрације. У том смислу је коришћен сет напона, који без додатаних улагања, у нормалном случају стоје на располагању од стране генератора фукције, а то су напони од 6 V , 9 V , 15 V и 19,75 V . До висине напона од 19,75 V се дошло тако, што је то био максималан излазни напон овде примењеног генератора функције. Такође су поред стандардног синусног облика излазног електричног сигнала генератора функције, искоришћени и остали уобичајени сигнални облици: правоугаони и троугаони. Резултати овог поглавља, поред наведеног, имају још једну додатну оправданост. То је, да доказују једну даљу тезу, да за дефектоскоп који се заснива на методи KTUD, није потребно наношење никаквог контактног средства, између ултразвучних сензора и узорка материјала. Јер, сва мерења чији се резултати показују у овој глави, изведена су без икаквог контактног средства. 4.1 Поступак мерења и анализа резултата Поступак мерења који је практикован у оквиру овде изведених експеримената, започиње подешавањем почетног механичког притиска (који је у тој фази мали), над пријемном ултразвучном главом која се испитује. Затим се као први облик електричног сигнала генератора функције, изабере синусоида и подеси се почетна амплитуда напона побуде извора 1S од 6 V . Слика 4.1 Дијаграм поступка мерења утицаја механичког притиска. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-5 Извор напона фреквенције 45 kHz је генератор функције 1G . Након тога се вредност интензитета механичког притиска унесе у мерни протокол, па помоћу осцилоскопа, на који је прикључена дата пријемна глава, очита прва вредност амплитуде која је под овим околности генерисала пријемна ултразвучна глава. Поступак мерења приказан је на слици 4.1. Одржавајући механички притисак над мерном главом, констатним, пошто је сигнални облик промењен на правоугаони облик, изводи се следеће мерење. После регистровања добијене мерне вредности амплитуде напона пријемне мерне главе (а одржавајући механички притисак још увек на истој почетној, ниској вредности) изводи се промена облика напајања извора 1S на троугаони сигнал, па се у мерни протокол унесе и овај резултат. Даљи поступак тече тако, што се напон побуде 1S повиси на 9 V и тиме се изведе још једна „петља” промене облика сигнала побуде. Треба истаћи и то, да се у овој фази извођења експеримента, вредност механичког притиска још увек не мења. Наставак поступка тече тако што се напон побуде 1S повећа на 15 V , након чега се изводи петља од три мерења са три облика сигнала: синусоиде, правоугаоника и троугаоника. Последња петља од три мерења се изведе када се напон побуде повиси на 19,7 V и када се очитају мерне вредности које одговарају облицима сигнала синусоиде, правоугаоника и троугаоника. Овим је окончан први блок мерења на нивоу почетног механичког притиска. Затим се по први пут на пријемној глави повећава механички притисак за један корак, а та вредност притиска се региструје као почетак другог блока мерења. Овај, други блок мерења аналогно првом блоку, садржи четири „петље” мерења које припадају напонима сигнала побуде од 6V , 9V , 15V и 19,75V . За сваки од четири напонска нивоа промене се сва три сигнална облика, приликом чега се региструју вредности аплитуда напона пријемне ултразвучне главе iP . Мерење се наставља повећавањем механичког притиска на пријемну главу, све док не достигне максималну вредност која је предвиђена, у конкретном случају приближно 120 2mkN . Део дијаграма на слици 4.1, са ознакама „сигнал 1” до „сигнал 3”, је „петља” унутар које се изводе промене сигналних облика: синусоиде, правоугаоника и троугаоника. Промене унутар „блокова” мерења настају повећањем напона напајања одашиљача 1S , што је на истом дијаграму означено са „ 1S ++”. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-6 Блок промена, који се налази около наведене „петље“, представља подешавање механичког притиска на пријемну мерну главу, што је означено са „ iP ++” . Мерења овде описаним поступком су изведена најпре над ултразвучном главом испод које се није налазио никакав дефект, а затим је аналогним поступком изведена серија експерименталних мерења над ултразвучном главом, испод које се налазио уграђен дефинисани дефект. Процес анализе резултата, почевши од поглавља 4.4.1 „Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорак AlSi12 без дефекта“, почиње тако што се најпре приказује главни дијаграм са три осе. На x -оси се увек налазе вредности механичког притиска p на дату пријемну ултразвучну главу iP . На y -оси се приказују вредности амплитуда напона које под датим условима генерише пријемна ултразвучна глава iP , док се на z -оси исписују амплитуде напона побуде главе одашиљача 1S . Након тога следе дијаграми који воде ка сегментирању добијених графикона, као и нумеричка анализа - фитoвање. Слика 4.2 Дијаграм провере линеарности пиезокерамике. Пре него што су изедени главни експерименти чији се резултати овде приказују, извршена је провера каква је реакција саме пиезокерамике ултразвучне главе на промене притисака, без учествовања узорка у експерименту. Идеалан резултат оваквог припремног експеримента јесте да пиезокерамика која се користи, сама не уноси девијације. Ако би и саме пиезокерамике уносиле нелинеарности, онда би то компликовало даљу анализу резултата и представљало сметњу налажења оптималног решења за реализацију дефектоскопа заснованог на KTUD методи. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-7 Практична реализација ове провере је текла тако, да су две пиезокерамике постављене директно једна на другу. Доња пиезокерамика имала је функцију одашиљача 1S на који је прикључен генератор функције, који је као и код свих осталих експеримената генерисао ултразвучну фреквенцију од 45 kHz . Најпре би се као напон побуде подесило 15 V , те се механички притисак на горњу пиезокерамику повећавао корак по корак. При томе су регистровани појединачни извршени притисци и амплитуде напона, која је генерисала горња пиезокерамика, која функционише као пријемник. У следећој серији мерења притисак је смањен на почетну вредност, као напон побуде подешено је 19,75 V , те се изводило постепено повећавање притиска. Резултати прве две итерације су приказане на слици 4.2. Такав поступак се практиковао и за напоне од 6 V и 9 V . Ова мерења су изведена аналогно за сва три сигнална облика, и резултат је подједнака линеарност. Веома задовољавајући закључак који се из овог експеримента може извести је да употребљене пиезокерамике не уносе нелинеарности у изведене експерименте. Слика 4.3 Сигнал синусоидног напона побуде главе одашиљача 1S . Слика 4.4 Сигнал правоугаоног напона побуде главе одашиљача 1S . Слика 4.5 Сигнал троугаоног напона побуде главе одашиљача 1S . Слике 4.3, 4.4 и 4.5 приказују осцилоскопске снимке синусоидног, правоугаоног и троугаоног сигнала побудних напона, којима је одашиљачка ултразвучна глава 1S током експерименталних мерења снабдевана напоном из генератора функције, фреквенцијом од 45 kHz . За приказане снимке коришћен је дигитални осцилоскоп типа Owon PDS 5022S. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-8 4.2 Својства испитиваног узоркa AlSi12 Главна експериментална мерења, чији се резултати приказују, изведена су над узорком AlSi12, који је произведен директним ласерским синтеровањем (DLSM методом) на Фраунхофер институту у Немачкој, граду Аугсбургу [FRA]. Елемент тј. узорак је конкретно произведен помоћу постројења „SLM 250HL” немачке компаније „SLM” [SLM], које је приказано на слици 4.6. Слика 4.6 SLM 250HL систем, производ фирме SLM. Систем SLM 250HL се састоји од разних модула, тако да се поједини сектори могу посебно одржавати или мењати. У горњем десном делу отвореног ормана се види простор за изградњу елемента, чија је ефективна унутрашња величина облика коцке основице од 250 mm. SLM у постројења ове серије уграђује патентирану аутоматику бидирекционалног снабдевача металним прахом. Слика 4.7. Узорак AlSi12 за експериментална мерења израђен постројењем SLH 250HL. Систем за снабдевање заштитним гасом, који се на слици види испод простора за изградњу, одликује ниска потрошња и механика за турбулентно и ламинарно струјање гаса, а осим тога опремљен је патентираним заштитним сигурносним системом и Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-9 системом за гашење пожара. У изведби за Фраунхофер Институт, у овом уређају је уграђен „Ytterbium-Faser” ласер серије YLR, снаге 400 W. Ласер је нове генерације и располаже са јединственом комбинацијом велике прецизности и високог степена корисног дејства. Систем 250HL је опремљен 3D CAD софтвером „Magics AutoFab”, који је тренутно водећи софтвер за овакве примене на тржиштима западне Европе. Софтвер омогућава учитавање великог броја различитих CAD формата, података у облику „Standard Transformation Language” и „Slice process” података. Слика 4.7. показује фотографију узорка AlSi12. На слици 4.8. су назначене димензије узорка AlSi12, које износе: H = 30 mm, W = 86 mm, L = 121 mm, hd = 15 mm, wd = 21,5 mm, ld = 45 mm, cal1 = 16 mm. Слика 4.8 Скица димензија узорка AlSi12. Табела 4.1 показује податке везане за тему синтеровања овог елемента (опсег величине зрна праха, дебљина појединачних слојева, температура и атмосфера синтеровања и сл.). Табела 4.2. показује механичка својства узорка AlSi12. Табела 4.1 Подаци о процесу синтеровања узорка AlSi12. Вредност Јединица Легура AlSi12 Величине зрна праха 16 - 63 µm Дебљина појединачног слоја 50 µm Температура синтеровања 575 °C Атмосфера синтеровања Аргон Тврдоћа (HB) 105 HB Ћелијска структура квадратна Величина ћелијске структуре 1 mm Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-10 Табела 4.2. Механичка својства узорка AlSi12. Особина Вредност Јединица Легура AlSi12 E-modul 60 2/ mkN Граница течења (Rp) 270 2/ mN Затезна чврстоћа (Rm) 340 2/ mkN Релативно издужење (A) 2,7 % Густина 1,09 3/ cmg 4.3 Својства узоркa AlMg3 за упоредна мерења Упоредна експериментална мерења чији се резултати приказују у другом делу ове главе, изведена су над узорком AlMg3, који је стандардни индустријски производ који се налази у широкој примени у производњи машинских делова у разним областима индустрије (делови за ваздухопловство, орбиталне сателите итд.). Узорак употребљен за експеримент, произведен је од пресоване шипке (сл. 4.9.): Слика 4.9 Испитивани узорак AlMg3, производ фирме „Alinoxmetall”. На слици 4.10. су назначене димензије узорка AlMg3, које износе: H = 29 mm, W = 85 mm, L = 120 mm, hd = 14,5 mm, wd = 21,25 mm, ld = 45 mm, cal1 = 16 mm. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-11 Димензија cal2 износи 15,99 mm као пречник чепа који је израђен од идентичног материјала као и сам узорак, и који се може померати дуж прореза, а који има сврху симулације различитих запремина дефеката. Слика 4.10 Скица механичких димензија узорка AlMg3. Слика 4.11 Узорак AlMg3 за упоредна експериментална мерења. Слика 4.11 показује фотографију израђеног узорка AlMg3, а Табела 4.3. показује механичка својства узорка AlMg3: Табела 4.3 Mеханичка својства узорка AlMg3. Вредност Јединица Легура AlMg3 Модул еластичности (E) 70 2/ mkN Граница течења (Rp) 80 2/ mN Затезна чврстоћа (Rm) 240 2/ mN Релативно издужење (A) 14 % Густина 2,67 3/ cmg Tврдоћа (HB) 50 HB Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-12 4.4 Резултати и анализа резултата мерења над узорком AlSi12 У овом поглављу се детаљно презентују експериментални резултати, као и анализа резултата мерења над узорком AlSi12. Прво се приказују резултати мерења утицаја механичког притиска на узорак без дефекта, а затим резултати мерења са дефектом. Увек се прво приказује 3D дијаграм мерења изведених над узорком AlSi12, а затим се коментарише његова дводимензионална верзија. При овоме се улази у појединости тока дијаграма и наводе се битне вредности притисака и амплитуда напона пријемних ултразвучних глава. Затим следе графици мерења појединих напонских нивоа подељени на сегменте. За те графике је спроведена нумеричка анализа. Анализиране су карактеристичне тачке унутар токова дијаграма и спроведено фитовање. Циљ анализе је пре свега налажење опсегa механичког притиска унутар кога притисак може да варира а да то не изазива знатне измене амплитуда напона унутар пријемних ултразвучних глава. Одсечак „Резултати мерења утицаја механичког притиска без дефекта” је подељен на три дела који се тичу мерења са синусним обликом сигнала, са правоугаоним обликом сигнала и са троугаоним обликом сигнала. У одсечку „Резултати мерења са дефектом” се поступа аналогно, а иза њега се налази одсечак „Упоређивање резултата мерења”. Аналогно претходном поступку и овај је одсечак подељен у делове упоређивања мерења са синусним обликом сигнала, са правоугаоним обликом сигнала и са троугаоним обликом сигнала. Овде се пореде резултати експеримента мерења амплитуда пријемних ултразвучних глава које се налазе над сегментом који не садржи дефект са амплитудом одговарајуће пријемне ултразвучне главе над сегментом који садржи уграђени дефект. Ови дијаграми представљају комбинацију одговарајућих дводимензионалних графика из поглавља презентације резултата и анализе резултата мерења AlSi12. Анализа упоређења ових графика има за задатак да нађе одговор на питање да ли су унутар укупног тока оба графика, вредности амплитуда напона које генерише пријемна ултравучна глава изнад сегмента без дефекта веће од амплитуда изнад сегмента са дефектом. Овим се добија доказ да је дефектоскопија високо порозног и шупљикавог материјала који је синтерован DLSM методом могућа применом методе квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије KTUD. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-13 4.4.1 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорак AlSi12 без дефекта Мерења на узорку AlSi12 са синусним обликом сигнала На слици 4.12. је приказан 3D дијаграм мерења изведених над узорком AlSi12 и то оних резултата добијених синусним обликом сигнала побуде 1S . На x -оси се налазе вредности механичког притиска p на пријемну ултразвучну главу 2P ( 2mkN ). Пријемна ултразвучна глава 2P се налази над квадрантом узорка који не садржи дефект, а на y -оси приказане су вредности амплитуда напона (V ), које под датим условима генерише пријемна ултразвучна глава 2P . На z-оси су приказане амплитуде напона побуде одашиљачкe главe 1S . Слика 4.12 3D дијаграм напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, синусни сигнал 1S . Дијаграм 4.13. је дводимензионална верзија дијаграма 4.12. где су напони којим се напајала одашиљачка ултразвучна глава 1S (6 V , 9 V , 15 V и 19,7 V ) забележени респективно. Са дијаграма се види да сва четири напонска нивоа одашиљачке ултразвучне главе 1S , у региону вредности притисака p до 30 2mkN доводе до генерисања напонских амплитуда пријемне ултразвучне главе 2P , које не прелазе 0,5 V . При почетном притиску од 3 2mkN , амплитуде напона измерене на глави 2P износе само 0,04 V до 0,07 V . Када се притисак на 2P повећава изнад 30 2mkN , све до крајње вредности 116 2mkN , амплитуда напона на глави 2P почиње приметно да расте. Када разматрамо експеримент при напону од 6 V одашиљача 1S , амплитуда има изразито линеаран пораст, све до притиска до 105 2mkN , а даљим повећањем Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-14 притиска долази до приметно већег нагиба пораста амплитуде напона на глави 2P . При максималном притиску од 116 2mkN , амплитуда напона који под овим условима генерише 2P , износи 1 V . Када се одашиљач 1S напаја напоном од 9 V , пораст амплитуде напона на глави 2P има веома сличан ток као у претходном случају, када је напон побуде износио 6 V и то све до притиска 112 2mkN , а затим долази до већег нагиба пораста амплитуде напона на глави 2P . При притиску од 112 2mkN , генерише се амплитуда напона на глави 2P у износу од 0,96 V , а при максималном притиску од 116 2mkN , амплитуда напона на глави 2P достиже 1,28 V . Споменута линеарност има једно мерно одступање при вредности притиска од 81 2mkN , када очитана амплитуда напона на глави 2P износи 0,84 V . Интерполирана втрдност амплитуде напона на глави 2P би износио 0,65 V . Слика 4.13 Напон на глави 2P у зависности од притиска, AlSi12 без дефекта, синусни сигнал 1S . У итерацији мерења под напоном 1S од 15 V постижу се приметно веће амплитуде напона пријемне ултразвучне главе 2P . И у овом случају постоји изражена линеарност, све до притиска у износу од 102 2mkN . Може се рећи да се унутар овог опсега притисака, под наведеним напоном одашиљача 1S од 15 V , постиже готово идеална линеарност. Даљим повећањем притиска, ситуација се приметно мења. Док је амплитуда напона на глави 2P при притиску од 102 2mkN износила само 1,2 V , даљим повећањем притиска за само 14 2mkN (што је повећање од само 12%), максимална амплитуда напона коју генерише пријемна ултразвучна глава 2P , порасте за преко 50%, са 1,2 V на 1,84 V . Повећање напона побуде одашиљачке ултразвучне Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-15 главе 1S на 19,75 V , под притиском све до 81 2mkN , у поређењу са дијаграмом побуде од 15 V , не доводи до знатног повећања генерисане амплитуде напона у 2P . Ситуација се значајно мења даљим повећањем притиска до 116 2mkN . Ако би се појединачна мерна тачка под притиском од 105 2mkN изузела из серије мерних вредности, онда би се добила линеарност која у опсегу притиска од 81 2mkN до 116 2mkN даје опсег амплитуда напона на глави 2P од 1,04 V до 2,2 V . За изведена мерења на узорку AlSi12, над квадрантом који не садржи дефект, са синусним обликом сигнала побуде одашиљача 1S може се рећи да напони побуде од 15 V и 19,75 V , у поређењу са резултатима генерисаних амплитуда под условима напона побуде од 6 V и 9 V , доводе до знатно бољих резултата, у смислу да се постижу амплитуде напона на излазима пријемних глава око 2 V (тачније 1,84 V код побуде 15 V и 2,2 V код побуде 19,75 V ), што је атрактивно за даљу обраду мерних сигнала. Из тог разлога се нумеричка анализа добијених вредности (тј. фитовање) врши само над дијаграмима који потичу од серија мерења добијених при амплитудама напона побуде од 15 V и 19,5 V . Слика 4.14 Сегменти дијаграма напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, синусни сигнал. На слици 4.14. су маркирани графици мерења напонских нивоа од 15 V и 19,7 V , подељени на сегменте, за које је изведена нумеричка анализа. Ради постизања могућности даљег једнозначног референцирања карактеристичних позиција, овде су уцртани симболи у облику малих кругова, са бројчаним ознакама. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-16 Слика 4.15. показује фитовање између позиција 0, 1, 2 и 3. Слика 4.15 Kарактеристичне тачке напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, 19,75 V , синуни. сигнал. Формула која је добијена фитовањем, за сегменте од 0 до 1, од 1 до 2 и од 2 до 3, дата је следећим изразом: 01 apaU  (4.1) Коефицијенти за сегмент од 0 до 1 износе: а1 = 0.0187, а0= 0.0036, за сегмент од 1 до 2: а1= 0.0047, а0= 0.6663 и за сегмент од 2 до 3: а1= 0.0343, а0= -1.6871. Слика 4.16. показује фитовање између тачака 0, 4 и 5. Слика 4.16. Kарактеристичне тачке напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, 15 V , синусни. сигнал. Формула која је добијена фитовањем за сегменте од 0 до 4 и од 4 до 5, је: 01 apaU  (4.2) при чему коефицијенти износе за сегмент од 0 до 4: а1 = 0.0112 , а0= 0.0695 и за сегмент од 4 до 5: а1 = 0.0398, а0 = -2.8023. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-17 Мерења на узорку AlSi12 са правоугаоним обликом сигнала Дијаграм 4.17. је 3D приказ мерења узорка AlSi12 над квадрантом узорка који не садржи дефект, са том разликом у односу на претходни случај, да се одашиљачка глава 1S овде напаја правоугаоним обликом сигнала побуде. Слика 4.17. 3D дијаграм напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, правоугаони сигнал 1S . На x -оси је приказан механички притисак p на пријемну главу 2P у 2mkN , а на y -оси се налазе одговарајуће вредности амплитуда генерисаних напона пријемне ултразвучне главе 2P . На z-оси приказане су појединачне амплитуде напона напајања одашиљача 1S . Дијаграм 4.18 је 2D верзија дијаграма 4.17. Дијаграм приказује како под одговарајућим напонима побуде одашиљача 1S , а при почетном притиску p од 3 2mkN долази до генерисања амплитудe напонa (U) пријемне ултразвучне главе 2P у износу од око 0,05 V . Дијаграм који одговара напону побуде 1S интензитета од 6 V , показује линеарност амплитуде напона пријемне ултразвучне главе 2P све до притиска од 102 2mkN . Унутар овог опсега промене притисака, амплитуда напона на глави 2P линеарно расте од 0,05 V до 0,56 V . Даљим повећањем притиска долази до већег нагиба пораста амплитуде напона пријемника 2P . При максималном притиску од 116 2mkN , напон на глави 2P достиже амплитуду од 0,96 V . Дијаграм који одговара напону побуде 1S интензитета од 9 V , је веома сличан дијаграму мерења под напоном побуде 1S од 6 V , сa тим што при Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-18 наведеном притиску од 102 2mkN настаје амплитуда напона на глави 2P од 0,76 V , а при притиску од 116 2mkN , амплитуда напона на глави 2P достиже 1,24 V . Слика 4.18 Напон на глави 2P у зависности од притиска, AlSi12 без дефекта, правоугаони сигнал 1S . При притиску од 81 2mkN постоји мерна тачка која одступа. Побуда од 15 V доводи до приметно веће амплитуде напона пријемне ултразвучне главе 2P . У овом случају се примећује изражена линеарност, све до притиска од 102 2mkN , а амлитуда напона главе 2P при овом притиску износи 1 V . Слика 4.19 Сегменти дијаграма напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, правоугаони сигнал 1S Даљим повећањем притиска долази до измена: почев од притиска од 102 2mkN , па све до 116 2mkN може се говорити о знатно већем нагибу, такође линеарног тока, а максимални напон на глави 2P при притиску од 116 2mkN износи 1,56 V . Мерења напоном побуде 1S од 19,75 V показују комлекснији дијаграм: препознатљиве су Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-19 карактеристичне тачке које одговарају притисцима од 43 2mkN , 81 2mkN и 102 2mkN , где долази до јасних измена. У опсегу притисака од 43 2mkN до 81 2mkN добија се линеарна зависност са релативно малим нагибом. Затим, у опсегу притисака од 81 2mkN до 102 2mkN добија се измењен ток, са знатно повећаним нагибом (амплитуда напона на глави 2P тада достиже вредност 1,72 V ). Даље повећање притиска скоро да више не мења износ генерисаних амплитуда. Притисак све до 81 2mkN , у поређењу са дијаграмом напона побуде од 15 V , не доводи до знатног повећања амплитуде напона на глави 2P . Све до овог притиска линеарност је изражена. Ситуација се значајно мења даљим повећањем притиска, све до 116 2mkN где амплитуда напона на глави 2P достиже 2,2 V . Над квадрантом који не садржи дефект, са правоугаоним обликом сигнала побуде 1S , напони побуде од 15 V и 19,75 V , у поређењу са резултатима напона побуде од 6 V и 9 V , доводе до знатно квалитетнијих резултата у смислу већих амплитуда напона на глави 2P . На слици 4.19 су маркирани графици мерења напонских нивоа од 15 V и 19,7 V , који су као и у случају мерења са синусним сигналом побуде, подељени у сегменте за које је изведена нумеричка анализа. Уцртане су карактеристичне тачке од 0 до 7. Слика 4.20 показује графике настале фитовањем мерених вредности из области сегмената између карактеристичних позиција 0, 1, 2, 3 и 4. Формула добијена фитовањем, за сегменте 0 до 1, 1 до 2, 2 до 3 и 3 до 4 гласи: 01 apaU  (4.3) при чему коефицијенти износе: за сегмент 0 до 1: a1= 0.0138, a0= 0.0253, за сегмент 1 до 2: a1= 0.0053, a0= 0.4204, за сегмент 2 до 3: a1= 0.0431, a0= -2.6903 и за сегмент 3 до 4: a1= 0.0026, a0= 1.4468. Слика 4.20 Kарактеристичне тачке напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, 19,75 V , правоугаони сигнал. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-20 Слика 4.21. показује фитовање сегмената између тачака 0, 5, 6 и 7. Слика 4.21 Kарактеристичне тачке напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, 15 V , правоугаони сигнaл Формула добијена фитовањем за сегменте 0 до 5, 5 до 6 и 6 до 7 гласи: 01 apaU  (4.4) Коефицијенти износе: за сегмент 0 до 5: a1= 0.0123, a0= 0.0233, за сегмент 5 до 6: a1= 0.0079, a0= 0.1917, за сегмент 2 до 3: a1= 0.0344, a0= -2.4787. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-21 Мерења на узорку AlSi12 са троугаоним обликом сигнала Дијаграм 4.22. је последњи 3D приказ мерења узорка AlSi12 у серији мерења над квадрантом узорка који не садржи дефект. Овде се одашиљачка глава напаја троугаоним обликом сигнала. Као и у свим досадашњим дијаграмима, на x -оси приказани су притисци на глави 2P док се одговарајуће вредности амплитуда напона на глави 2P и извору 1S као и до сада налазе на y, односно z –оси, респективно. Слика 4.22 3D дијаграм напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, троугаони сигнал 1S . Дијаграм 4.23 је 2D верзија дијаграма 4.22. Напони напајања на извору 1S се и овде налазе као ознаке по страни појединачних графика. Слика 4.23 Напон на глави 2P у зависности од притиска, AlSi12 без дефекта, троугаони сигнал 1S . Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-22 Дијаграм који одговара напону побуде на извору 1S интензитета од 6 V , показује линеарност амплитуде напона пријемне ултразвучне главе 2P све до интензитета притиска од 112 2mkN , при чему је приметна линеарност, од почетне вредности од 0,04 V па све до 0,68 V . Једино последње повећање притиска, на 116 2mkN , доводи до измене нагиба у смислу наглог пораста амплитуде напона на глави 2P до вредности од 0,92 V . Дијаграм напона побуде 1S од 9 V је и у случају троугаоног облика сигнала побуде сличан дијаграму који је резултат мерења са амплитудом напоном побуде 1S од 6 V . При притиску од 112 2mkN амплитуда напонa на глави 2P је 0,88 V , а затим следи нагли пораст, када под притиском од 116 2mkN амплитуда напона на пријемнику достиже 1,28 V. Повећање напона побуде 1S на 15 V , у варијанти експеримента са троугаоним сигналом побуде, такође доводи до већих амплитуда напона пријемне ултразвучне главе 2P . И у овом случају добија се линеарност све до притиска од 102 2mkN , а амплитуда напона на глави 2P под овим притиском износи 1,14 V . Даље повећање притиска доводи до измена. Од притиска од 102 2mkN па све до 116 2mkN , може се говорити о знатно већем нагибу, такође линеарне зависности, а максимални напон на глави 2P тада износи 1,72 V . Слика 4.24 Сегменти дијаграма напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, троугаони сигнал 1S . Мерења која одговарају напону побуде одашиљачке ултразвучне главе 1S од 19,75 V показују комлекснију ситуацију: изражене су тачке притисака од 43 2mkN и 81 2mkN , где долази до измена. У опсегу притиска до 43 2mkN нагиб је приметан и линеаран. При притисцима од 43 2mkN до 81 2mkN ток је линеаран са изузетно малим нагибом, а затим, изнад притиска од 81 2mkN , постиже се измењен ток са Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-23 знатним нагибом и са максималним напоном од 2,2 V . Као и у варијантама мерења са синусним и правоугаоним облоком сигнала побудне одашиљачке ултразвучне главе, над квадрантом који не садржи дефект, напони побуде од 15 V и 19,75 V резултирају највећим амплитудама, па се и овде даље анализе дијаграма изводе над тим графицима. На слици 4.24. су посебно назначени графици два напонска нивоа за које је изведена нумеричка анализа. Уцртане су ознаке од 0 до 5. Слика 4.25 показује фитовање између карактеристичних тачака 0, 1, 2 и 3. Слика 4.25 Kарактеристичне тачке напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, 19,75 V , троугаони сигнал. Формула за сегменте 0 до 1, 1 до 2 и 2 до 3 гласи: 01 apaU  (4.5) при чему коефицијенти износе: за сегмент 0 до 1: a1= 0.0180, a0= -0.0066, за сегмент 1 до 2: a1= 0.0053, a0= 0.5804 и за сегмент 2 до 3: a1= 0.0343, a0= -1.7071. Слика 4.26 показује фитовање за сегменте 0 до 4, и од 4 до 5. Слика 4.26 Kарактеристичне тачке напона на глави 2P , AlSi12 без дефекта, 15 V , троугаони сигнал. Формула за сегменте од 0 до 4 и од 4 до 5 гласи: 01 apaU  (4.6) при чему коефицијенти износе: за сегмент од 0 до 4: a1= 0.0101, ao= 0.0613, а за сегмент од 4 до 5: a1= 0.0273, a0= -1.5352. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-24 4.4.2 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорак AlSi12 са дефектом Мерења на узорку AlSi12 са синусним обликом сигнала Аналогно приказима дијаграма резултата мерења над сегментом узорка AlSi12 без дефекта, прикази резултата мерења над сегментом који садржи дефект су дати најпре у 3D изведби, као што се види на слици 4.27. Такође су у истом редоследу најпре приказани мерни резултати добијени од напона напајања синусним обликом сигнала побуде одашиљачке главе 1S . Пријемна ултразвучна глава над квадрантом узорка који садржи дефект, носи ознаку 1P . На x -оси и овде је приказан механички притисак p над пријемном главом. Y-оса приказује амплитуде напона генерисаних у пријемнику 1P , а на z-оси су приказане амплитуде напона на извору 1S са вредностима 6 V , 9 V , 15 V и 19,7 V . Слика 4.27 3D дијаграм напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, синусни сигнал 1S . Дводимензионална верзија претходног дијаграма је приказана на слици 4.28. Дијаграми на сликама 4.27 и 4.28. приказују све четири вредности амплитуде напона на одашиљачу 1S . Под притиском којим је подвргнута пријемна глава 1P до 30 2mkN , амплитуда напона на глави 1P је минимално изнад од 0 V . Почев од притиска од 30 2mkN па све до 81 2mkN , дијаграм који одговара амплитуди напона побуде 1S од 6 V показује линеарност амплитуде напона пријемне ултразвучне главе 1P . Унутар овог опсега промене притисака, амплитуда напона на глави 1P линеарно расте од неких 0,13 V до 0,22 V . Повећањем притиска изнад 81 2mkN долази до нешто већег нагиба Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-25 пораста амплитуде напона на пријемнику 1P , а при максимално изведеном притиску од 121 2mkN , овај напон износи 0,64 V . Слика 4.28 Напон на глави 1P у зависности од притиска, AlSi12 са дефектом, синусни сигнал 1S . Дијаграм који одговара амплитуди напона побуде 1S од 9 V има сличност са дијаграмом који је резултат мерења са амплитудом напоном побуде 1S од 6 V . Овде под притиском од 81 2mkN настаје напон на глави 1P са амплитудом 0,3 V , а при притиску од 121 2mkN , амплитуда напона на 2P има интензитет 0,84 V . Излагањем ултразвучне главе 1S напону од 15 V , постижу се већи напони пријемника 1P . Линеарност је уочена када притисак пређе вредност од 44 2mkN , што се наставља све до притиска од 81 2mkN када амплитуда напона на глави 1P износи 0,44 V . Даљим повећањем притиска долази до измене нагиба и до притиска од 121 2mkN постиже се знатно већи нагиб. Ток зависности је приближно линеаран, а највећа амплитуда напона на глави 1P износи 1,22 V . Дијаграм експеримента под напоном 1S од 19,75 V показује приближну линеарност након повећања притиска изнад 44 2mkN , што се наставља све до 81 2mkN када амплитуда напона на глави 1P износи 0,52 V . Даљим повећањем притиска уочава се измена нагиба тока генерисаних амплитуда напона на глави 1P . Све до притиска од 121 2mkN постиже се знатно већи нагиб и приближна линеарност. Максимални напон 1P под притиском од 121 2mkN износи 1,56 V . За изведена мерења на узорку AlSi12, над квадрантом који садржи уграђени дефект, са синусним правоугаоним обликом сигнала побуде 1S , напони побуде од 15 V и 19,75 V , у поређењу са резултатима напона побуде од 6 V и 9 V , доводе до знатно Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-26 већих амплитуда, па ће се као и у случају анализе мерења над квадрантом који не садржи дефект, анализа добијених вредности извести помоћу дијаграма који одговарају напонима одашиљача 1S од 15 V и 19,75 V . Слика 4.29. приказује графичку обраду претходних дијаграма у смислу да су графици мерења напонских нивоа од 15 V и 19,7 V , означени и подељени у сегменте, за које ће се извести нумеричка анализа. Слика 4.29 Сегменти дијагама напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, синусни сигнал 1S . На слици 4.30 је приказано фитовање сегмената између тачака 0, 1, 2 и 3. Слика 4.30. Kарактеристичне тачке напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, 19,75 V , синусни сигнал 1S . Формула добијена фитовањем, за сегменте 0 до 1, 1 до 2 и 2 до 3 гласи: 01 apaU  (4.7) Коефицијенти износе: за сегмент 0 до 1: a1= 0.0111, a0= -0.0031, за сегмент 1 до 2: a1= 0.0040, a0= 0.1689 и за сегмент 2 до 3: a1= 0.0242, a0= -1.3907. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-27 Слика 4.31. приказује фитовање сегмената између тачака 0, 4, 5 и 6. Слика 4.31 Kарактеристичне тачке напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, 15 V , синусни сигнал 1S . Формула за сегменте 0 до 4, 4 до 4 и 5 до 6: 01 apaU  (4.8) Коефицијенти износе: за сегмент 0 до 4: a1= 0.0082, a0= 0.0031, за сегмент 4 до 5: a1= 0.0042, a0= 0.0795 и за сегмент 5 до 6: a1= 0.019, a0= -1.0729. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-28 Мерења на узорку AlSi12 са правоугаоним обликом сигнала На слици 4.32. следи 3D дијаграм мерења узорка AlSi12 над квадрантом узорка са дефектом испод 1P , са правоугаоним обликом сигнала напајања одашиљачке главе. Слика 4.32 3D дијаграм напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, правоугаони сигнал 1S . Слика 4.33 приказује 2D верзију дијаграма 4.32. Притиском од 6 2mkN , остварују се амплитуде напона на глави 1P мало већи од нуле и износе максимално 0,1 V . Повећањем притиска амплитуда напона на глави 1P , почне да се линеарно повећава све до 30 2mkN и овде се достижу максимални напони на 1P , од 0,14 V до 0,32 V . Даљим повећањем притиска од 30 2mkN па све до 81 2mkN , пораст амплитуде напона на глави 1P мења ток и све до притиска од 81 2mkN такође је линеаран, али је нагиб мањи него до притиска од 30 2mkN . За напон побуде од 6 V , амплитуда напона на глави 1P која одговара притиску од 30 2mkN износи 0,14 V , а при притиску од 81 2mkN повећа се на 0,23 V . За напон побуде од 9 V , амплитуда напона на глави 1P унутар истог опсега притисака повећа се са 0,18 V на 0,3 V . При побуди од 15 V настаје повећање амплитуде напона на глави 1P од 0,24 V на 0,44 V , а нивоу побуде од 19,75 V одговара пораст са 0,32 V на 0,48 V . Притисак од 81 2mkN је карактеристична позиција, јер овде долази до даље измене нагиба и то до знатног повећања, а ток је такође линеаран. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-29 Слика 4.33 Напон на глави 1P у зависности од притиска, AlSi12 са дефектом, правоугаони сигнал 1S . До притиска од 121 2mkN генерисани напон на глави 1P , узрокован побудом од 6 V , повећа се са 0,23 V на 0,76 V , а побуда од 9 V изазива линеаран пораст интензитета напона на глави 1P са 0,3 V на 1,04 V . Исто повећање притиска, до 121 2mkN , са побудом 1S од 15 V , резултира повећањем амплитуде напона на глави 1P са 0,44 V на 1,44 V , а побуда од 19,75 V изазива такође линеаран пораст амплитуде напона на глави 1P са 0,48 V на 1,8 V . Слика 4.34 Сегменти дијагама напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, правоугаони сигнал. Као и код претходних експеримената, на следећој слици, 4.34, приказани су графици мерења, где су дијаграми амплитуда напонских нивоа одашиљача од 15 V и 19,7 V . Овде су означени сегменти за које ће се извести фитовање, са назнаком симбола од 0 до 6. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-30 Слика 4.35. показује фитовање функције сегмената између тачака 0, 1, 2 и 3. Слика 4.35. Kарактеристичне тачке напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, 19,75 V , правоугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегменте 0 до 1, 1 до 2 и 2 до 3 гласи: 01 apaU  (4.9) Коефицијенти имају следеће вредности: за сегмент 0 до 1: a1= 0.0107, a0= 0.0050, за сегмент 1 до 2: a1= 0.0034, a0= 0.1988 и за сегмент 2 до 3: a1= 0.0305, a0= -1.9667. Слика 4.36. показује фитовање сегмената између тачака 0, 4, 5 и 6. Слика 4.36 Kарактеристичне тачке напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, 15 V , правоугаони сигнал Формула за сегменте 0 до 4, 4 до 5 и 5 до 6 дата је следећим изразом: 01 apaU  (4.10) а коефицијенти имају вредности: за сегмент 0 до 4: a1= 0.0083, a0= 0.0080, за сегмент 4 до 5: a1= 0.0040, a0= 0.0932 и за сегмент 5 до 6: a1= 0.0243, a0= -1.5373. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-31 Мерења на узорку AlSi12 са троугаоним обликом сигнала Дијаграм на слици 4.37 приказује резултате мерења када је одашиљачка глава напајана троугаоним обликом сигнала. Слика 4.37 3D дијаграм напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, троугаони сигнал 1S . Дијаграм 4.38 је 2D верзија дијаграма 4.37. Ови дијаграми најпре приказују како се под притиском на глави 1P у износу од 6 2mkN генеришу амплитуде напона само незнатно изнад нуле. Даљим повећањем притиска, генерисани амплитуде напона на глави 1P почињу да се линеарно повећавају, све до притиска од 30 2mkN . Овде се достижу максимални напони од 0,12 V до 0,28 V . Повећањем притиска од 30 2mkN до 81 2mkN , пораст амплитуда напона на глави 1P је и даље линеаран, али мења ток и нагиб је мањи. При напону побуде од 6 V , генерисана амплитуда која одговара притиску од 30 2mkN износи 0,12 V , а при притиску од 81 2mkN повећа се на 0,19 V . Под напоном побуде од 9 V амплитуда се повећа са 0,15 V на 0,27 V . Код побуде од 15 V настаје повећање од 0,22 V на 0,4 V , а побуди од 19,75 V одговара пораст са 0,28 V на 0,52 V . И код овог експеримента је притисак од 81 2mkN карактеристична тачка где долази до измене и повећања нагиба при такође линеарном току. Све до притиска од 121 2mkN амплитуда генерисаног напона у 1P , узрокован побудом од 15 V , повећа се са 0,4 V на 1,06 V , а побуда од 19,75 V доводи до пораста амплитуде напона са 0,52 V на 1,32 V . Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-32 Слика 4.38 Напон на глави 1P у зависности од притиска, AlSi12 са дефектом, троугаони сигнал 1S . Као и код претходних експеримената, на слици 4.39, приказани су графици мерења, где су дијаграми амплитуда напонских нивоа одашиљача од 15V и 19,7V . Означени су сегменти за које ће се извести фитовање са назнаком симболима од 0 до 6. Слика 4.39 Сегменти дијагама напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом, троугаони сигнал. Слика 4.40. приказује фитовање сегмената између карактеристичних. тачака од 0 до 3. Формула фитовања за сегмент 0 до 1 дата је следећим изразом: 01 apaU  (4.11) Коефицијенти износе: а1= 0.0097, а0= 0.0043. Формула фитовања за сегмент 1 до 2 дата је изразом: 01 2 2 apapaU  (4.12) Коефицијенти износе: а2= 0.00011378, а1= -0.007853 и а0 = 0.41094. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-33 Слика 4.40. Kарактеристичне тачке напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом 19,75 V , троугаони сигнал Формула фитовања за сегмент 2 до 3 дата је изразом: 01 apaU  (4.13) Коефицијенти износе: a1= 0.0187, a0= -0.9329. Слика 4.41. приказује фитовање сегмената између тачака 0, 4, 5 и 6. Слика 4.41 Kарактеристичне тачке напона на глави 1P , AlSi12 са дефектом 15 V , троугаони сигнал. Формула фитовања за сегмент 0 до 4 дата је следећим изразом: 01 apaU  (4.14) Коефицијенти износе: a1= 0.0076, a0= 0.0091. Формула фитовања за сегмент 4 до 5 дата је изразом: 01 2 2 apapaU  (4.15) Коефицијенти износе: a2= 0.0001, a1= -0.0055, a0= 0.3174. Формула фитовања за сегмент 5 до 6 дата је изразом: 01 apaU  (4.16) Коефицијенти износе: a1= 0.0160, a0= -0.8512. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-34 4.4.3 Упоређивање резултата мерења на узорку AlSi12 У презентацији резултата, до сада су показана мерења код узорка AlSi12 у експериментима са и без дефекта, уз промене притиска над одашиљачком ултразвучном главом, уз промене облика сигнала и амплитуда напона којом је она напајана. Приликом међусобних поређења резултата мерења код узорка AlSi12, могуће су разне комбинације, а има посебног смисла да се пореде резултати мерења AlSi12 без дефекта са резултатима мерења AlSi12 са дефектом. У презентацији и анализи појединачних упоређења, циљ је да се провери прихватљивост мерења. Прихватљиво је када резултати мерења без дефекта у упоређењу са резултатима мерења са дефектом, покажу како су унутар целокупног тока појединачних графика, вредности амплитуда напона које генерише пријемна ултравучна глава изнад квадранта са дефектом заиста мање од амплитуда напона изнад квадранта узорка који не садржи дефект. Даљи важан циљ упоређивања мерења је да се докаже да је могуће пронаћи опсег механичког притиска на ултразвучне главе, унутар кога притисак може да у што већој мери варира, а да то изазива што мање измене амплитуда напона унутар пријемних глава. На графицима је тада функција U(p) линеарна а нагиб праве треба да је што мањи. Додатно је пожељно, да и у случају када нема дефекта и у случају када има дефекта постоји што шира област притисака када су оба графика приближно паралелна. Сва мерења која се овде упоређују, изведена су без употребе контактних средстава. На крају овог поглавља ће се приказати и коментарисати упоредно дијаграми за сва три различита облика сигнала напајања одашиљачке ултразвучне главе 1S : синусни, правоугаони и троугаони, при чему ће сваки од ове три врсте дијаграма приказати ситуацију исте амплитуде напона побуде и над истим квадрантом узорка. Код упоређења сигналних облика постоје разне комбинације, с обзиром на четири вредности амплитуде напона побуде изнад квадранта без дефекта и исто толико за квадрант са дефектом. Пошто су резултати ове врсте упоређивања веома слични, у овом поглављу ће се приказати само два случаја. Упоређивање мерења на узорку AlSi12 са синусним обликом сигнала Дијаграм на слици 4.42 је први у категорији међусобних упоређења резултата мерења над узорком AlSi12. Овде се пореде резултати експеримента мерења амплитуда напона пријемне ултразвучне главе над сегментом који не садржи дефект са амплитудом напона пријемне ултразвучне главе над сегментом који садржи уграђени дефект. Овај дијаграм представља комбинацију одговарајућих дводимензионалних Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-35 графика из поглавља презентације резултата мерења над узорком AlSi12 са синусним обликом сигнала и напоном од 19,75 V . Слика 4.42 Упоређење напона на пријемној глави за узорак AlSi12 без дефекта и са дефектом, 19,75 V , синусни сигнал. Крива са ознакама 0-1-2-3 представља резултате мерења над сегментом без дефекта, а крива испод ње који носи ознаке 0-4-5-6, представља резултате мерења над сегментом са дефектом. Упоређење ова две криве показује да су унутар целокупног тока оба графика, вредности амплитуда напона које генерише пријемна ултравучна глава изнад сегмента без дефекта веће од амплитуда изнад сегмента са дефектом. Ово је доказ примарне хипотезе овога рада да је процена исправности високо порозног и шупљикавог материјала који је синтерован методом директног ласерског синтеровања, могућа применом методе квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије KTUD. Са циљем налажења опсега механичког притиска на ултразвучне главе, унутар кога притисак може да се мења, а да то изазива само мале измене амплитуда напона унутар пријемних глава и да је тај опсег примењив, како у случају када узорак не садржи дефект, тако и у случају када узорак садржи дефект, уочљив је изузетно повољан опсег притисака између тачака 1 и 2 за и опсег притисака између тачака 4 и 5. Ради се о опсегу од 43 2mkN до 81 2mkN . На позицији притиска од 43 2mkN , амплитуда напона на пријемнику која одговара сегменту без дефекта има вредност 0,86 V , а при истом притиску, измерена амплитуда пријемника која одговара сегменту са дефектом износи 0,32 V , што значи да уграђени дефект уноси разлику амплитуда пријемника од 0,54 V . На другом крају уоченог опсега притисака (81 2mkN ) амплитуда пријемника која одговара сегменту без дефекта има вредност 1,04 V , а при истом притиску, измерена амплитуда пријемника која одговара сегменту са дефектом износи 0,52 V , што значи да уграђени дефект уноси разлику амплитуда пријемника од Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-36 0,52 V . Додатно је повољно да на овом опсегу притисака постоји приближна паралелност горњег и доњег тока графика. То доводи до закључка да је унутар опсега притиска од 43 2mkN до 81 2mkN , разлика пријемних амплитуда настала услед присуства дефекта приближно константна и износи око 0,5 V . Упоређивање мерења на узоку AlSi12 са правоугаоним обликом сигнала На слици 4.43 је приказан дијаграм упоређења мерења над узорком AlSi12. Ради се о комбинацији одговарајућих дводимензионалних графика за које је урађено фитовање, из поглавља презентације резултата и анализе резултата мерења AlSi12 са правоугаоним обликом сигнала и напоном од 19,75 V . График са ознакама 0-1-2-3-4 представља резултате мерења над сегментом без дефекта а график испод њега, са ознакама 0-5-6-7, представља мерене резултате над сегментом са дефектом. И у овом случају су амплитуде напона ултразвучних глава сегмента без дефекта, веће од амплитуда напона над сегментом са дефектом. Повољни опсег притисака налази се између тачака 1 и 2 и тачака 5 и 6, а повољно је и то што су у опсегу притиска од 43 2mkN до 81 2mkN , горњи и доњи ток приближно паралелни. Слика 4.43 Упоређење напона на пријемној глави за узорак AlSi12 без дефекта и са дефектом, 19,75 V , правоугаони сигнал. Упоређивање мерења на узорку AlSi12 са троугаоним обликом сигнала На слици 4.44. је приказан дијаграм упоређења мерења над узорком AlSi12. Овај дијаграм је комбинација oдговарајућих дводимензионалних графика за које је урађено фитовање, из поглавља презентације резултата и анализе резултата мерења AlSi12, са троугаоним обликом сигнала и напоном од 19,75 V . График са ознакама 0-1-2-3-4 представља резултате мерења над сегментом без дефекта а график испод њега, са ознакама 0-5-6-7, представља мерене резултате над сегментом са дефектом. Упоређење Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-37 показује да су и у овом случају амплитуда напона пријемних ултразвучних глава изнад сегмента без дефекта, веће од амплитуда напона над сегментом са дефектом. Слика 4.44 Упоређење напона на пријемној глави за узорак AlSi12 без дефекта и са дефектом, 19,75 V , троугаони сигнал. Повољан опсег притисака на ултразвучној глави унутар кога може доћи до варирања, а да то не изазива знатне измене амплитуда напона пријемних глава, је између тачака 1 и 2 и тачака 4 и 5. Повољно је и то што су у опсегу притиска од 43 2mkN до 81 2mkN , горњи и доњи ток функције приближно паралелни. Упоређивање различитих сигналних облика мерења на узорку AlSi12 Тема овог поглавља је упоређивање резултата сва три примењена облика сигнала напајања одашиљачке ултразвучне главе: синусоиде, правоугаоника и троугла, тј. њихов утицај на амплитуде напона пријемних глава. Слика 4.45 Упоређење напона на пријемнику 2P за сва три облика сигнала (1-синусни, 2-правоугаони и 3-троугаони), AlSi12 без дефекта, 19,75 V . Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-38 Потребно је нагластити, да мерне вредности које се у овој врсти дијаграма приказују, нису неке нове вредности које до сада нису биле приказане. Досадашња анализа резултата експеримената је показала, да су најповољнији токови графика, у смислу токова са најмањим нагибом и највећим амплитудама напона на пријемнику, добили при амплитуди напона побуде од 19,75 V . Зато ће се у овом поглављу упоређења сигналних облика, коментарисати дијаграм упоређења мерења код узорка AlSi12 без дефекта који је приказан на слици 4.45 и дијаграм упоређења мерења код узорка AlSi12 са дефектом, који је приказан на слици 4.46. Слика 4.46 Упоређење напона на пријемнику 1P за сва три облика сигнала (1-синусни, 2-правоугаони и 3-троугаони), AlSi12 са дефектом, 19,75 V . У оба случаја напон побуде одашиљачке ултразвучне главе износи 19,75 V . Унутар дијаграма су графици различитих сигналних облика означени са: 1-синусни, 2-правоугаони и 3-троугаони сигнални облик. Из оба дијаграма се види да вредности амплитуда напона које генерише пријемна ултравучна глава, како изнад квадранта са дефектом тако и изнад квадранта без дефекта, у случају узоркa ALSi12 немају велике разлике. Изнад квадранта без дефекта разлика амплитуда унутар опсега од 43 2mkN до 81 2mkN износи око 0,2 V , а свега око 0,04 V када има дефекта. Анализа која се тиче сва три сигнална облика, унутар опсега од 43 2mkN до 81 2mkN , показује изузетно повољан ток код оба графика, приближно линеарног и са ваома малим нагибом. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-39 4.5 Резултати и анализа резултата мерења над узорком AlMg3 У претходном поглављу 4.4 „Резултати и анализа резултата мерења на узорку AlSi12“, су представљени резултати истраживања на материјалу AlSi12, као представнику материјала над којима се спроводе најактуелнија истраживања. Зато је аналогно поступку мерења над узорком AlSi12 изведен комплетан експериментални и аналитички поступак над упоредним узорком који је типичан представник конвенционалних алуминијумских легура AlMg3. Овај материјал се налази у широкој примени у производњи машинских делова за ваздухопловство, орбиталне сателите и у другим индустријским областима. Аналогно поглављу „Резултати и анализа резултата мерења на узорку AlSi12“, и у овом поглављу се детаљно презентују експериментални резултати и анализа резултата мерења над узорком AlMg3. Ово поглавље најпре приказује резултате мерења утицаја механичког притиска без дефекта, а затим резултате мерења са дефектом. И овде се прво приказује 3D дијаграм мерења изведених над узорком а затим се ближе коментарише дводимензионална верзија. Такође се прецизирају детаљи различитих напонских нивоа подељени на сегменте и показује се њихово фитовање. Одсечак „Резултати мерења утицаја механичког притиска без дефекта” се дели на три дела који се тичу мерења са синусним, правоугаоним и троугаоним обликом сигнала. У одсечку „Резултати мерења са дефектом” се поступа аналогно. Посебност овог поглавља у поређењу са одговарајућим поглављем о материјалу AlSi12, је део „Резултати мерења утицаја механичког притиска са дефектом”. Ради се о томе да је код материјала AlMg3, за разлику од AlSi12, било могуће уградити чеп и тиме су изведене симулације разних запремина дефекта. На тај начин се дошло се до веома вредних додатних закључака о способностима KTUD методе и дефектоскопа који се базира на њој. Овде се презентирају резултати тих експеримената, и то у стандардној подели на дијаграме три сигнална облика. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-40 4.5.1 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорку AlMg3 без дефекта Мерења на узорку AlMg3 са синусним обликом сигнала Резултати експерименталних мерења синусним обликом сигнала побуде изведених над узорком AlMg3, приказани су на слици 4.47. у облику 3D дијаграма. Слика 4.47 3D дијаграм напона на глави 2P , AlMg3 без дефекта, синусни сигнал 1S . Као и код мерења узорка AlSi12 и код узорка од конвенционалне легуре алуминијума AlMg3, пријемна ултразвучна глава 2P се налази над квадрантом узорка који не садржи дефект, па се на y -оси приказују вредности амплитуда напона које под датим условима генеришу на глави 2P . На z-оси се налазе амплитуде напона напајања одашиљачке главе 1S . Слика 4.48 Напон на глави 2P у зависности од притиска, AlMg3 без дефекта, синусни сигнал 1S . Дводимензионална верзија овог дијаграма је приказана на слици 4.48. Амплитуде напона од 6 V , 9 V , 15 V и 19,7 V под којима је стајала одашиљачка глава Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-41 1S забележене су респективно. Дијаграми показују, како сва четири напонска нивоа одашиљачке ултразвучне главе 1S одмах након повећања притисака изнад 6 2mkN доводе до приметно растућих амплитуда напона пријемне ултразвучне главе 2P . Већ при притиску од 12 2mkN амплитуде напона на глави 2P износе 1,2 V до 3,5 V . Даљим повећањем притиска на глави 2P до 22 2mkN , амплитуда напона пријемне ултразвучне главе 2P и даље брзо расте. При напону од 15 V главе 1S и притиску од 22 2mkN амплитуда напона на 2P износи 3,9 V , а при напону 1S од 19,75 V и истом притиску, амплитуда напона на 2P је 4,9 V . Слика 4.49. Сегменти дијагама напона на глави 2P , AlMg3 без дефекта, синусни сигнал. Након тога, при даљем повећању притиска регистрован је благ пораст амплитуда напона на 2P , све до максималног притиска који је у овом експерименту примењен, од 117 2mkN . При притиску од 38 2mkN , амплитуда напона пријемне ултразвучне главе 2P , под 15 V побуде достиже 4,1 V , а под побудним напоном од 19,75 V , амплитуда напона на глави 2P износи 5,4 V . Под истим притиском, када се одашиљач 1S напаја напоном од 6 V , амплитуда напона на 2P износи 1,7 V , под напоном побуде од 9 V , 2P генерише 2,4 V . При максималном притиску од 117 2mkN амплитуда напона на 2P под 15 V побуде достиже 4,7 V а под 19,75 V побуде, амплитуда напона на 2P износи целих 6,4 V . На истом нивоу притиска од 117 2mkN , када се 1S напаја са 6 V , амплитуда напона генерисаног на 2P има вредност од само 1,85 V , а под 9 V , глава 2P генерише нашон од 2,8 V . Амплитуде напона генерисаних у пријемној глави 2P , под напонима побуде од 15 V и 19,75 V достижу знатно веће интензитете него под напонима побуде од 6 V и 9 V , што је разлог да се даља анализа добијених вредности (тј. фитовање) изведе над мерењима добијених са амплитудама напона побуде од 15 V Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-42 и 19,75 V . На слици 4.49 су графици мерења напонских нивоа од 15 V и 19,75 V подељени на сегменте за које је изведена нумеричка анализа. Ради постизања могућности даљег једнозначног референцирања карактеристичних позиција уцртани су симболи у облику малих кругова са бројчаним ознакама аналогно поступку код материјала AlSi12. Слика 4.50. показује фитовање сегмената између карактеристичних тачака 0 и 1, што одговара сегменту дијаграма 4.49. при напону 1S од 19,75 V . Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 1 гласи: 01 2 2 3 3 4 4 apapapapaU  (4.17) при чему коефицијенти износе: a4= -3.3792е-007; a3= 9.6734е-005; a2= -0.0096174; a1= 0.39661 и a0 = -0.14234. Слика 4.50 Фитовање напона на глави 2P , сегмент од 0 до 1, AlMg3, без дефекта, 19,75 V , синусни сигнал. Функција фитовања на сегменту између карактеристичних тачака 0 и 2 приказана на слици 4.51 је веома слична са функцијом између карактеристичних тачака 0 и 1. Слика 4.51. Фитовање напона на глави 2P , сегмент од 0 до 2, AlMg3, без дефекта, 15 V , синусни сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 2 гласи: 01 2 2 3 3 4 4 5 5 apapapapapaU  (4.18) при чему коефицијенти износе: a5= 6.3718е-009; a4= -2.2013е-006; a3= 0.00028632; a2= -0.017214; a1= 0.47238; a0= -0.68318. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-43 Мерења на узорку AlMg3 са правоугаоним обликом сигнала На слици 4.52 дат је 3D приказ мерења узорка AlMg3 над квадрантом узорка који не садржи дефект. Овог пута се ултразвучна глава напаја правоугаоним обликом сигнала побуде. Механички притисак на пријемну главу 2P је приказан по x -оси, на y - оси су приказане вредности генерисаних амплитуда пријемне ултразвучне главе 2P , а на z-оси су амплитуде напона напајања одашиљача 1S . Слика 4.52 3D дијаграм напона на глави 2P , AlMg3 без дефекта, правоугаони сигнал 1S . Дводимензионална верзија дијаграма 4.52 је приказана на слици 4.53, при чему су напони напајања ултразвучне главе забележени респективно. Слика 4.53 Напон на глави 2P у зависности од притиска, AlMg3 без дефекта, правоугаони сигнал 1S . На дијаграмима се види како при одговарајућим напонима побуде одашиљача 1S , већ након минималног повећања притиска долази до великог пораста амплитуде Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-44 пријемника 2P . Тако при притиску од 3 2mkN амплитуде напона на глави 2P износе од 0,19 V до 0,68 V . При напону од 15 V главе 1S и притиску од 22 2mkN , глава 2P генерише 6,5 V , а при истом притиску и напону на 1S од 19,75 V , амплитуда напона на глави 2P достиже 7,6 V . При повећању притиска од 22 2mkN па све до максималног притиска од 117 2mkN регистрован је благ пораст амплитуда напона на глави 2P . При притиску од 38 2mkN , амплитуда напона пријемне ултразвучне главе 2P , под 15 V побуде достиже 5,8 V , а под напоном побуде од 19,75 V , амплитуда напона на глави 2P достиже 8 V . Под истим притиском, од 38 2mkN , када се одашиљач напаја са 6 V , амплитуда напона на глави 2P износи 2,3 V , а под напоном побуде од 9 V , глава 2P под овим притиском генерише напон од 3,4 V . Слика 4.54 Сегменти дијагама напона на глави 2P , AlMg3 без дефекта, правоугаони сигнал 1S . При максималном притиску од 117 2mkN , амплитуда напона на глави 2P под 15 V побуде достиже 7 V а под 19,75 V побуде, амплитуда на глави 2P износи 9,9 V . При истом притиску, 117 2mkN , када се 1S напаја са 6 V , напон на глави 2P има интензитет 2,5 V , а под 9 V , глава 2P генерише напон од 3,9 V . Као и у свим варијантама експериментисања до сада, и у овој варијанти амплитуде напона побуде од 15 V и 19,75 V у поређењу са резултатима амплитуде напона побуде од 6 V и 9 V доводе до већих интензитета напона на глави 2P . Стога се као и у случају анализе мерења синусним сигналом, нумеричка анализа мерних резултата изводи на основу дијаграма који одговарају амплитудама напона на извору 1S од 15 V и 19,75 V . Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-45 Дијаграм 4.54 показује маркиране графике мерења напонских нивоа од 15 V и 19,7 V за које је изведено фитовање. Ради једнозначног референцирања карактеристичних позиција и овде су уцртани симболи са бројчаним ознакама. Дијаграм 4.55. показује график фитовања за сегмент од 0 до 1. Слика 4.55 Фитовање напона на глави 2P , сегмент од 0 до 1, AlMg3, без дефекта, 19,75 V , правоугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 1 гласи: 01 2 2 3 3 4 4 5 5 apapapapapaU  (4.19) а одговарајући коефицијенти су: a5= 9.4137е-009; a4= -3.2748е-006; a3= 0.00043144; a2= -0.0267; a1= 0.79288; a0= -1.113. И у овој варијанти, фитовање између тачака 0 и 2 је веома слично претходном, с том разликом да је у области притисака од 22 2mkN до 109 2mkN боља линеарност. Слика 4.56. показује график настао фитовањем на сегменату од 0 до 2. Слика 4.56 Фитовање напона на глави 2P , сегмент 0 до 2, AlMg3, без дефекта, 15 V , правоугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 2 гласи: 01 2 2 3 3 4 4 5 5 apapapapapaU  (4.20) Овде коефицијенти износе: a5= 8.6136е-009; a4= -3.0021е-006; a3= 0.00039701; a2= -0.024454; a1= 0.68969; a0= -1.1046. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-46 Мерења на узорку AlMg3 са троугаоним обликом сигнала Дијаграм 4.57 је 3D приказ мерења на узорку AlMg3 у варијанти експерименталних мерења, када се одашиљачка ултразвучна глава напаја троугаоним обликом сигнала. Слика 4.57 3D дијаграм напона на глави 2P , AlMg3 без дефекта, троугаони сигнал 1S . И у овој варијанти мерења пораст амплитуде напона на пријемнику 2P је регистрован већ при малим вредностима притиска. Слика 4.58 Напон на глави 2P у зависности од притиска, AlMg3 без дефекта, троугаони сигнал 1S . При притиску од 22 2mkN , амплитуда пријемне ултразвучне главе 2P , под напоном побуде на 1S од 6 V достиже 1,2 V , а под напоном побуде на 1S од 9 V , глава 2P генерише 1,9 V . Под истим притиском, када се одашиљач 1S напаја напоном од 15 V , напон пријемника 2P износи 3,2 V , а при напону побуде од 19,75 V , глава 2P Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-47 генерише 4 V . При максималном притиску који је овде примењен, од 117 2mkN , напон на глави 2P уз 15 V побуде, има интензитет од 3,8 V а при 19,75 амплитуда напона на глави 2P износи 5,2 V . На истом нивоу притиска, када се извор 1S напаја са 6 V , амплитуда напона на глави 2P износи 1,55 V , а при 9 V , глава 2P генерише 2,4 V . Амплитуде напона генерисаних у пријемној глави 2P , при напонима побуде од 15 V и 19,75 V и овде достижу знатно веће интензитете него при напонима побуде од 6 V и 9 V . 2D верзија дијаграма зависности напона од притиска измереног на глави 2P је приказана на слици 4.58. На слици 4.59. су приказани графици мерења напонских нивоа од 15 V и 19,7 V подељени на сегменте од 0 до 1 и од 1 до 2, за које су изведена фитовања. Слика 4.59 Сегменти дијагама напона на глави 2P , AlMg3 без дефекта, троугаони сигнал 1S . Слика 4.60, показује фитовање између тачака 0 и 1, када амплитуда напона на одашиљачу 1S износи 19,75 V . Слика 4.60 Фитовање напона на глави 2P , сегмент од 0 до 1, AlMg3, без дефекта, 19,75V , троугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 1 дата је изразом: Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-48 01 2 2 3 3 4 4 5 5 apapapapapaU  (4.21) а одговарајући коефицијенти су a5= 7.6391e-009; a4= -2.5844e-006, a3= 0.00032571; a2= -0.018795; a1= 0.49817; a0= -0.64751. Слика 4.61. показује фитовање између карактеристичних тачака 0 и 2. Слика 4.61 Фитовање напона на глави 2P , сегмент од 0 до 2, AlMg3, без дефекта, 15V , троугаони сигнал. Формула добијена фитовањем за сегмент од 0 до 2 је: 01 2 2 3 3 4 4 5 5 apapapapapaU  (4.22) а одговарајући коефицијенти износе: a5= 5.2692е-009; a4= -1.8152е-006; a3= 0.00023473; a2= -0.014007; a1= 0.38199; a0= -0.47241. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-49 4.5.2 Резултати мерења утицаја механичког притиска на узорку AlMg3 са дефектом Мерења на узорку AlMg3 са синусним обликом сигнала Резултати мерења на узорку AlMg3 који садржи дефекат, приказани су на 3D дијаграму 4.62. Дводимензионална верзија је дата сликом 4.63. Слика 4.62 3D дијаграм напона на глави 1P , AlMg3 са дефектом, синусни сигнал 1S . Слика 4.63 Напон на глави 1P у зависности од притиска, AlMg3 са дефектом, синусни сигнал 1S . Док су амплитуде напона на глави 1P које одговарају напонима побуде на извору 1S од 6 V и 9 V и у овој експерименталној варијанти мали, амплитуде напона на глави 1P које одговарају побудама од 15 V и 19,75 V су знатно веће. При максималном притиску од 121 2mkN , амплитуда напона на глави 1P која одговара 15 V побуде, достиже 2,7 V , а при напону побуде од 19,75 V , амплитуда напона на глави 1P износи Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-50 3,4 V . При амплитуди напона побуде на извору 1S од 15 V , почев од 57 2mkN до 103 2mkN уочен је веома повољан опсег притисака за које је график линеаран са малим нагибом. Слика 4.64. приказује графике који одговарају напонским нивоима на извору 1S од 15 V и 19,7 V . Подела на сегменте 0-1 и 0-2-3 је направљена ради извођења нумеричке анализе. Слика 4.64. Сегменти дијагама напона на глави 1P , AlMg3 са дефектом, синусни сигнал. Слика 4.65. показује фитовање на сегменту 0-1. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 1 дата је изразом: 01 2 2 3 3 4 4 apapapapaU  (4.23) чији су коефицијенти: a4= 2.7687е-008; a3= -3.5106е-006; a2= -0.00034336; a1= 0.069555; a0= 0.32088. Слика 4.65 Фитовање напона на глави 1P , сегмент од 0 до 1, AlMg3, са дефектом, 19,75 V , синусни сигнал. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-51 На дијаграму 4.66 је приказано фитовање за сегменте од 0 до 2 и од 2 до 3. Слика 4.66 Фитовање напона на глави 1P , сегменти од 0 до 2 и од 2 до 3, AlMg3, са дефектом, 15 V , синусни сигнал. Формула фитовања за сегмент од 0 до 2 дата је изразом: 01 2 2 apapaU  (4.24) при чему су коефицијенти: a2= -9.4715е-005; a1= 0.05229; a0= 0.29453. Формула фитовања за сегмент од 2 до 3 дата је изразом: 01 2 2 3 3 apapapaU  (4.25.) а одговарајући коефицијенти износе: a3= 1.3366е-007; a2= 0.00019047; a1= -0.028803; a0= 3.1457. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-52 Мерења на узорку AlMg3 са правоугаоним обликом сигнала На слици 4.67 се налази 3D дијаграм као приказ мерења на узорку AlMg3 над квадрантом узорка који садржи дефект испод пријемне ултразвучне главе 1P . Дводимензионална верзија дијаграма 4.67. је приказана на слици 4.68. У овој варијанти ултразвучна глава се напаја правоугаоним сигналним обликом. Токови пораста амплитуда напона у пријемној глави 1P при различитим напонима побуде одашиљача 1S имају доста сличности. Разлика је углавном у амплитудама генерисаних напона пријемних ултразвучних глава. Тако на пример при напону главе 1S од 6 V и притиску од 23 2mkN , амплитуда напона на глави 1P износи 0,8 V , а при истом притиску и напону напајања 1S од 9 V , напон на глави 1P има амплитуду од 1,35 V . Слика 4.67 3D дијаграм напона на глави 1P , AlMg3 са дефектом, правоугаони сигнал 1S . При напону од 15 V главе 1S и притиску од 23 2mkN амплитуда напона на глави 1P износи 1,8 V , а при истом притиску и напону 1S од 19,75 V , амплитуда напона на глави 1P достиже 2,2 V . При напону од 6 V главе 1S и притиску од 73 2mkN амплитуда напона на глави 1P износи 1 V , а при истом притиску и напону 1S од 9 V , напон на глави 1P има амплитуду од 1,6 V . При напону од 15 V главе 1S и притиску од 73 2mkN амплитуда напона на глави 1P износи 3 V , а при истом притиску и напону 1S од 19,75 V , амплитуда напона на глави 1P достиже 4,2 V . При максималном притиску од 121 2mkN , амплитуда напона на глави 1P при побуди од 15 V достиже 3,9 V а при побуди од 19,75 V амплитуда напона на глави 1P износи Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-53 5,1 V . При истoм притиску, 121 2mkN , када се 1S напаја са 6 V , амплитуда напона на глави 1P је 1,2 V , а при побуди од 9 V , глава 1P генерише максимални напон од 2,2 V . И у овој варијанти експерименталних мерења, амплитуде напона побуде од 15 V и 19,75 V у поређењу са резултатима добијених при амплитудама напона побуде од 6 V и 9 V , доводе до већих амплитуда напона на глави 1P . Стога се као и у случају анализе мерења синусним сигналом, нумеричка анализа резултата изводи на основу дијаграма који одговарају амплитудама напона на 1S од 15 V и 19,75 V . Слика 4.68 Напон на глави 1P у зависности од притиска, AlMg3 са дефектом, правоугаони сигнал 1S . Дијаграм 4.69. показује маркиране графике мерења при амплитудама напонских нивоа на извору 1S од 15 V и 19,7 V за које је изведено фитовање. Слика 4.69 Сегменти дијагама напона на глави 1P , AlMg3 са дефектом, правоугаони сигнал. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-54 Дијаграм 4.70. показује график за сегмент од 0 до 1, што одговара амплитуди напона побуде на извору 1S од 19,75 V . Слика 4.70 Фитовање напона на глави 1P , сегмент од 0 до 1, AlMg3, са дефектом, 19,75 V , правоугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 1 дата је изразом: 01 2 2 3 3 apapapaU  (4.26) при чему су коефицијенти: a3= 1.0364е-006; a2= -0.00044845; a1= 0.076469; a0= 0.45105. Дијаграм 4.71 показује график за сегмент од 0 до 2, што одговара амплитуди напона побуде на извору 1S од 15 V . Слика 4.71 Фитовање напона на глави 1P , сегмент од 0 до 2, AlMg3, са дефектом, 15 V , правоугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 0 до 2: 01 2 2 3 3 4 4 5 5 apapapapapaU  (4.27) а одговарајући коефицијенти износе: a5= 8.2514е-010; a4= -1.806е-007; a3= 1.2848е-005; a2= -0.00066651; a1= 0.065047; a0= 0.33141. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-55 Мерења на узорку AlMg3 са троугаоним обликом сигнала Последњи 3D приказ мерења на узорку AlMg3 у серији мерења над квадрантом са дефектом је приказан дијаграмом 4.72. Слика 4.72 3D дијаграм напона на глави 1P , AlMg3 са дефектом, троугаони сигнал 1S . Дијаграм 4.73. је 2D верзија дијаграма 4.72. Слика 4.73 Напон на глави 1P у зависности од притиска, AlMg3 са дефектом, троугаони сигнал 1S . При амплитудама напона одашиљачке ултразвучне главе од 15 V и 19,75 V графици амплитуда напона које генерише пријемник су веома слични. Са друге стране, амплитуде напона одашиљачке ултразвучне главе од 6 V и 9 V , резултирају такође веома сличним графицима амплитуда напона на пријемнику. Међутим, разлика ова два пара дијаграма настаје код вредности притиска од 23 2mkN . Тако при напону главе 1S од 6 V и притиску од 23 2mkN амплитуда напона на глави 1P износи 0,55 V , а Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-56 при истом притиску и напону 1S од 9 V , напон на глави 1P има амплитуду од 1 V . При напону главе 1S од 15 V и притиску од 23 2mkN амплитуда напона на глави 1P износи 1,5 V , а при истом притиску и напону 1S од 19,75 V , напон на глави 1P има амплитуду 1,8 V . Након што се притисак на глави 1P повиси на 57 2mkN , при напону главе 1S од 6 V , амплитуда напона на глави 1P износи 0,65 V , а при истом притиску и напону главе 1S од 9 V , напон на глави 1P има амплитуду 1 V . При напону главе 1S од 15 V и притиску од 57 2mkN амплитуда напона на глави 1P износи 1,8 V , а при истом притиску и напону 1S од 19,75 V , напон на глави 1P има амплитуду 2,2 V . За амплитуде напона побуде од 15 V и 19,75 V , почев од притиска од 23 2mkN па све до максималног притиска од 121 2mkN , график амплитуде пријемне главе је скоро линеаран. Слика 4.74 Сегменти дијагама напона на глави 1P , AlMg3 са дефектом, троугаони сигнал. Амплитуде напона пријемне главе при напонима 1S од 15 V и 19,75 V знатно су веће од оних које одговарају напонима побуде од 6 V и 9 V . Стога се као и у свим претходним случајевима, нумеричка анализа резултата изводи на основу дијаграма који одговарају напонима на извору 1S од 15 V и 19,75 V . На слици, 4.74. су приказани графици за мерења обављена при овим амплитудама напона. На слици су уцртани симболи се бројевима од 1 до 4 за означавање сегмената за које се изводи фитовање. Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-57 Дијаграм 4.75. показује график за сегмент од 1 до 2, што одговара амплитуди напона побуде на извору 1S од 19,75 V . Слика 4.75 Фитовање напона на глави 1P , сегмент 1 до 2, AlMg3, са дефектом, 19,75 V , троугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 1 до 2 дата је изразом: 01 2 2 apapaU  (4.28) Одговарајући коефицијенти су: a2= -4.5547е-006; a1= 0.0097698; a0= 1.6241. Дијаграм 4.76. показује график за сегмент од 3 до 4, што одговара амплитуди напона побуде на извору 1S од 15 V . Слика 4.76 Фитовање напона на глави 1P , сегмент од 3 до 4, AlMg3, са дефектом, 15 V , троугаони сигнал. Формула добијена фитовањем, за сегмент од 3 до 4 дата је следећим изразом: 01 2 2 apapaU  (4.29) а коефицијенти износе: a2= 4.4118е-006; a1= 0.0046056; a0= 1.4735. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-58 4.5.3 Резултати мерења утицаја дефекта на узорку AlMg3 У овом поглављу се презентују резултати експерименталних мерења која нису била изводљива над узорком од AlSi12. У узорак AlMg3 је као и у сучају узорка AlSi12, уграђен дефект у облику бушотине, испод ултразвучне главе 1P . Разлика у односу на узорак AlSi12 је та, што је у бушотину код узорка AlMg3 убачен чеп који се може померати дуж узорка. Овај чеп прецизних толеранција је израђен од идентичног материјала AlMg3 као и сам узорак. Користећи приказану поставку, изведена су појединачна мерења са циљем извођења симулације разних запремина дефекта. Мерења утицаја дефекта на узорку AlMg3 са синусним обликом сигнала Први дијаграм на слици 4.77. приказује резултате мерења када се одашиљачка ултразвучна глава 1S побуђује синусним обликом сигнала. Појединачне запремине симулираних дефеката које следе из позиција на које је био извучен чеп, приказане су на V-оси ( јединица мере је mm3). Слика 4.77 Зависност напона на глави 1P од запремине дефекта, AlMg3, синусни сигнал 1S . Поред појединачних графика, амплитуде напона којима је напајана одашиљачка ултразвучна глава 1S (6 V , 9 V , 15 V и 19,7 V ) забележене су респективно. На дијаграму слике 4.77. се види да свакa појединачнa запреминa симулираног дефекта, кореспондира са одговарајућом вредношћу амплитуде напона пријемне ултразвучне главе 1P . Када је чеп потпуно убачен у бушотину уграђеног дефекта, при амплитуди напона од 19,75 V одашиљачке ултразвучне главе 1S и притиска на пријемну главу од 117 2mkN , амплитуда напона на глави 1P је 5,8 V , а при истом притиску и напону на 1S од 15 V , амплитуда напона на глави 1P достиже 4,1 V . При истом притиску, при Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-59 напону 1S од 9 V , амплитуда напона на глави 1P износи 2,5 V , док при напону одашиљача 1S од 6 V амплитуда напона на глави 1P износи 1,4 V . Када се чеп извуче на позицију при којој запремина симулираног дефекта унутар узорка, износи 1000 mm3, вредности амплитуда напона на извору 1S и амплитуда напона на глави 1P су: ( 1S 19,75 V , 1P 5,6 V ); ( 1S 15V , 1P 3,6 V ); ( 1S 9 V , 1P 2 V ) и ( 1S 6 V , 1P 1,2 V ). Генерално, нижим амплитудама напона на извору 1S оговарају и ниже амплитуде напона на глави 1P . Даљим извлачењем чепа, на позицију која симулира дефект запремине од 2000 mm 3, при напону побуде на 1S од 19,75 V амплитуда напона на глави 1P знатно опадне (на 4,8 V ). У случају побудних напона 15 V , 9 V и 6 V , амплитуда напона на глави 1P опада мимимално. Извлачењем чепа на позицију која симулира дефект запремине од 3000 mm3, амплитуда напона на глави 1P при напону побуде на 1S од 19,75 V се и даље знатно смањује (на 4,2 V ). У случају побудних напона 15V , 9 V и 6 V , амплитуде напона на глави 1P и даље имају минимално слабљење. Овакав тренд се наставља, све до коначне позиције, где максимална симулирана запремина дефекта износи 8000 mm3. При напону побуде на извору 1S од 19,75 V амплитуда напона на пријемнику 1P износи 3,4 V ; ово је веома приметно смањење од око 2,4 V у односу на првобитно измерену вредност од 5,8 V . При напону побуде на извору 1S од 19,75 V , урађено је фитовање које је приказано на слици 4.78. Слика 4.78 Фитовање напона на глави 1P AlMg3, симулирани дефект, 19,75 V , синусни сигнал. Формула фитовања која одговара напону побуде од 19,75 V гласи: 01 2 2 apapaU  (4.30) При овоме коефицијенти износе: a2= 4.7309е-008; a1= -0.00070488; a0= 5.9832. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-60 Слабљење амплитуде напона пријемне ултразвучне главе 1P на симулиране запремине дефеката, при напону побуде на 1S од 15 V , је приметно мање него при напону на 1S од 19.75 V . Фитовање је приказано на слици 4.79. Слика 4.79 Фитовање напона на глави 1P AlMg3, симулирани дефект, 15 V , синусни сигнал. Формула фитовања која одговара напону побуде од 15 V гласи: 01 2 2 apapaU  (4.31) При овоме коефицијенти износе: a2= 3.1788е-008; a1= -0.00040062; a0= 4.0759. Мерења утицаја дефекта са правоугаоним обликом сигнала Дијаграм 4.80. приказује резултате експеримента мерења симулације дефекта у облику шупљине унутар узорка AlMg3 са напајањем на извору 1S троугаоним обликом сигнала побуде. Слика 4.80 Зависност напона на глави 1P од запремине дефекта, AlMg3, правоугаони сигнал 1S . На дијаграму је показана амплитуда напона на глави 1P . Када је чеп комплетно убачен у бушотину уграђеног дефекта при напону од 19,75 V побудне одашиљачке Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-61 ултразвучне главе 1S и притиска на пријемну главу од 117 2mkN , глава 1P генерише амплитуду напона од 8,7 V . При истом притиску, када је напон одашиљача 1S од 15 V , амплитуда напона на глави 1P износи 6 V . При напону на 1S од 9 V амплитуда напона на глави 1P износи 3,6 V , а при напону на 1S од 6 V , глава 1P генерише амплитуду напона од 2 V . Када се чеп извуче на позицију симулираног дефекта од 1000 mm3, вредности амплитуда напона на извору 1S и амплитуда напона на глави 1P су: ( 1S 19,75 V , 1P 7,4 V ); ( 1S 15V , 1P 5,6 V ); ( 1S 9 V , 1P 2,6 V ) и ( 1S 6 V , 1P 1,7 V ). Даљим извлачењем чепа на позицију симулираног дефекта од 2000 mm3 при напону на 1S од 19,75 V , амплитуда напона на глави 1P опада на вредност од 7 V . У случају побудних напона на 1S 15 V , 9 V и 6 V , амплитуде напона на глави 1P опадају на 5,2 V , 2,6 V и 1,6 V . Извлачењем чепа на позицију симулираног дефекта од 3000 mm 3, при напону на 1S од 19,75 V амплитуда напона на глави 1P и у овој варијанти мерења веома јасно опада, на 6,1 V . У случају побудних напона на 1S 15V , 9 V и 6 V , амплитуде напона на глави 1P и у овој варијанти мерења минимално опадају. Такав тренд се наставља до максималне позиције симулираног дефекта у износу од 8000 mm3 (при напону побуде на 1S од 19,75 V амплитуда напона на глави 1P је 5,2 V , што је смањење од око 3,5 V у односу на првобитно измерених 8,7 V ). Слично као у варијанти мерења са синусним сигналом побуде и овде је при напону побуде на 1S од 15 V , реакција у смислу слабљења амплитуде пријемне ултразвучне главе 1P на симулиране запремине дефеката приметно мања него при напону на 1S од 19,75 V . Фитовање који одговара напону побуде на 1S од 19,75 V , приказано је на слици 4.81. Слика 4.81 Фитовање напона на глави 1P AlMg3, симулирани дефект, 19,75 V , правоугаони сигнал. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-62 Формула фитовања која одговара напону побуде на 1S од 19,75 V дата је следећим изразом: 01 2 2 3 3 apapapaU  (4.32) При овоме коефицијенти износе: a3= -2.9213е-012; a2= 1.1293е-007; a1= -0.0011466; a0= 8.6408. Фитовање које одговара напону побуде на 1S од 15 V , приказано је на слици 4.82. Слика 4.82 Фитовање напона на глави 1P AlMg3, симулирани дефект, 15 V , правоугаони сигнал. Формула фитовања која одговара напону побуде на 1S од 15 V дата је изразом: 01 2 2 3 3 apapapaU  (4.33) Коефицијенти фитовања износе: a3= -2.3423е-012; a2= 6.5838е-008; a1= -0.00068603; a0= 6.0958. Мерења утицаја дефекта са троугаоним обликом сигнала На дијаграму 4.83 су приказани резултати мерења са троугаоним обликом сигнала побуде. Слика 4.83 Зависност напона на глави 1P од запремине дефекта, AlMg3, троугаони сигнал 1S . Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-63 Када је чеп комплетно убачен у бушотину уграђеног дефекта, при напону побуде одашиљачке ултразвучне главе 1S од 19,75 V и притиску на пријемну главу од 117 2mkN , глава 1P генерише амплитуду напона од 4,5 V . Када симулирана запремина дефекта износи максималних 8000 mm3, при напону побуде на 1S од 19,75 V , амплитуда напона на глави 1P износи 2,8 V . Фитовање који одговара напону побуде на 1S од 19,75 V , приказано је на слици 4.84. Слика 4.84 Фитовање напона на глави 1P AlMg3, симулирани дефект, 19,75 V , троугаони сигнал. Формула фитовања која одговара напону побуде на 1S од 19,75 V дата је изразом: 01 2 2 apapaU  (4.34) При овоме коефицијенти износе: a2= 2.456е-008; a1= -0.00038745; a0= 4.3698. Фитовање који одговара напону побуде на 1S од 15 V , приказано је на слици 4.85. Слика 4.85 Фитовање напона на глави 1P AlMg3, симулирани дефект, 15 V , троугаони сигнал. Формула фитовања која одговара напону побуде на 1S од 15 V дата је изразом: 01 2 2 3 3 apapapaU  (4.35) а коефицијенти овде износе: a3= -6.0016е-013; a2= 2.4426е-008; a1= -0.00030793; a0= 3.3169. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-64 4.5.4 Упоређивање резултата мерења на узорку AlMg3 У презентацији резултата, до сада су показана мерења над узорком AlSi12 и упоредним узорком AlMg3, у експериментима са и без дефекта, уз промене притиска над одашиљачком ултразвучном главом, уз промене облика сигнала и амплитуда напона којом је она напајана. Унутар категорије међусобних поређења резултата мерења над узорком AlMg3, замисливе су разне комбинације, а има посебног смисла да се пореде резултати мерења AlMg3 без дефекта са резултатима мерења AlMg3 са дефектом. У презентацији и анализи појединачних упоређења, циљ је да се провери прихватљивост мерења. Прихватљиво је када резултати мерења AlMg3 без дефекта у упоређењу са резултатима мерења AlMg3 са дефектом покажу како су унутар целокупног тока појединачних графика, вредности амплитуда напона које генерише пријемна ултравучна глава изнад сегмента са дефектом заиста мање од амплитуда изнад сегмента узорка који не садржи дефект. Даљи циљ упоређивања мерења је да се докаже, да је могуће пронаћи опсег механичког притиска на ултразвучне главе, унутар кога притисак може да се мења, а да то изазива само мале измене амплитуда напона унутар пријемних глава и да је тај опсег примењив, како у случају када узорак не садржи дефект, а тако и у случају када узорак садржи дефект. Сва мерења која се овде упоређују изведена су без употребе контактних средстава, како у случају узорка од порозног материјала AlSi12, тако и у случају упоредног узорка од конвенционалне легуре алуминијума AlMg3. Упоређивање мерења на узорку AlMg3 са синусним обликом сигнала Дијаграм на слици 4.86 представља први дијаграм категорије међусобних упоређења резултата мерења над узорком AlMg3, где се пореде резултати мерења пријемне ултразвучне главе над сегментом који не садржи дефект са амплитудом пријемне ултразвучне главе над сегментом са дефектом. Овде се користи синусни облик сигнала побуде. И овај дијаграм је комбинација одговарајућих дводимензионалних графика за које је урађено фитовање. На слици 4.86. су приказани напони на пријемним главама код узорка AlMg3 са и без дефекта, 15 V , синусни сигнал. Са графика се види да су и код узорка од AlMg3, који је представник конвенционалних легура алуминијума, вредности амплитуда напона које генерише пријемна ултразвучна глава изнад сегмента без дефекта – знатно веће од амплитуда сегмента са дефектом. Код овог упоређења се опсег унутар кога измене притиска не уносе велике измене амплитуда напона пријемника, налази унутар вредности притиска од 42 2mkN до 103 2mkN , а график функције у овом опсегу има најмањи нагиб при Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-65 напону побуде 1S од 15 V , тојест мањи нагиб него при при напону од 19,75 V , што је разлог презентације поређења у овом и у следећим поглављима упоређивања, управо за напон побуде од 15 V . На позицији притиска од 38 2mkN , амплитуда пријемника која одговара сегменту без дефекта има вредност 4,2 V , а при 42 2mkN измерена амплитуда пријемника која одговара сегменту са дефектом износи 2,4 V . Слика 4.86 Упоређивање напона на пријемним главама код узорка AlMg3 са и без дефекта, 15 V , синусни сигнал. При притиску од 109 2mkN , амплитуда пријемника која одговара сегменту без дефекта износи 4,5 V , а на нивоу притиска од 103 2mkN , измерена амплитуда пријемника која одговара сегменту са дефектом износи 2,2 V . Повољно је што у широком распону притисака од 42 2mkN до 103 2mkN постоји приближна паралелност горњег и доњег тока графика, а разлика пријемних амплитуда коју уноси дефект, унутар овог опсега је скоро константна и у просеку износи око 2 V . Упоређивање мерења на узорку AlMg3 са правоугаоним обликом сигнала Слика 4.87. приказује упоређења резултата мерења над узорком AlMg3, где се пореде резултати мерења пријемне ултразвучне главе над сегментом који не садржи дефект са амплитудама које одговарају сегменту са дефектом. Овде су приказана мерења при амплитуди напона побуде на извору 1S од 15 V . Код узорка без дефекта налази се опсег унутар кога измене притиска не уносе велике измене амплитуда напона пријемника, и то у опсегу од 58 2mkN до 103 2mkN . На позицији притиска од 38 2mkN , амплитуда пријемника која одговара сегменту без дефекта износи 5,8 V , а при притиску од 109 2mkN , ова амплитуда износи 6,2 V . Приближна паралелност горњег и доњег тока графика постоји такође у распону притисака од 58 до 103 2mkN . Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 4-66 Слика 4.87 Упоређивање напона на пријемним главама код узорка AlMg3 са и без дефекта, 15 V , правоугаони сигнал. Разлика пријемних амплитуда чији је узрок дефект, унутар наведеног опсега притисака је износи око 3 V . Упоређивање мерења на узорку AlMg3 са троугаоним обликом сигнала Упоређивање мерења AlMg3 са троугаоним обликом сигнала, као и у два прeтходнa случаја поређења, најбоље резултате даје при амплитуди напона побуде од 15 V . Такође је исти и опсег унутар кога измене притиска не уносе велике измене амплитуда напона пријемника, од 58 2mkN до 103 2mkN . Треба напоменути да се у поређењу са мерењима код синусне и правоугаоне побуде, постижу знатно мање амплитуде напона на пријемнику. Упоређивање различитих сигналних облика мерења на узорку AlMg3 Аналогно поступку унутар поглавља испитивања и анализе сигнала код узорка AlSi12, унутар овог поглавља се директно упоређују манифестације различитих сигналних облика напајања одашиљачке ултразвучне главе (синусоиде, правоугаоника и троугаоника) на вредности амплитуда напона које генеришу пријемне ултразвучне главе код узорка AlMg3. Унутар мерења која су изведена у оквиру овога рада постоји осам комбинација, с обзиром на четири амплитуде побудних напона и два карактера дефекта (квадрант са и без дефекта). Мерене вредности, које се овде приказују су исте оне које су биле приказиване у претходним поглављима али су овде сортиране по различитим сигналним облицима. Након што су предходна упоређивања мерења код узорка AlMg3 показала најбоље резултате при напону побуде од 15 V , овде се анализирају манифестаије при овом напону побуде. Резултати мерења без дефекта приказани су на слици 4.88. а резултати мерења са дефектом приказани су на слици 4.89. Графици Резултати и дискусија експерименталних мерења KTUD 4-67 различитих сигналних облика означени са: 1-синусни, 2-правоугаони и 3-троугаони сигнални облик. Из оба дијаграма се види да вредности амплитуда напона које генерише пријемна ултравучна глава, како изнад квадранта са дефектом, тако и изнад квадранта без дефекта, у случају узоркa AlMg3 (за разлику од промена сигналних облика побуде код узорка AlSi12), показују знатне разлике. Слика 4.88 Утицај сигналних облика на напон на пријемној глави 2P код узорка AlMg3 без дефекта, 15 V , 1-синусни, 2-правоугаони и 3-троугаони сигнални облик. Слика 4.89 Утицај сигналних облика на напон на пријемној глави 1P код узорка AlMg3 са дефектом, 15 V , 1-синусни, 2-правоугаони и 3-троугаони сигнални облик. Правоугаони сигнални облик доводи до највећих амплитуда унутар пријемних ултразвучних глава. Сигнални облик синусоиде се манифестује нешто мањим амлитудама пријемника, али је ток графика у вaријантама са и без дефекта веома повољан. Примена троугаоног сигналног облика резултује најмањим амплитудама пријемних ултразвучних глава али са најбољом линеарношћу графика. Може се закључити, да испитивање оптималног сигналног облика побуде има конкретан значај и користи реализацији KTUD методе. Закључак 5-1 5. ЗАКЉУЧАК Предмет ове докторске дисертације представља развој дефектоскопа који функционише на принципу нове ултразвучне методе, названој квадрофонска трансмисиона ултразвучна дефектоскопска метода (KTUD метода), у примени на директно ласерски синтерованим материјалима (DLSM). Циљ рада је да пружи конкретан допринос контроли квалитета процеса производње DLSM производа, представљањем KTUD методе. Mетода омогућава јефтину и ефикасну ултразвучну дефектоскопију елемената произведених DLSM поступком. Овим поступком се израђују чврсти, а уједно лагани, порозни, шупљикави елементи који се примењују у техници орбиталних сателита, технологији најмодернијих мотора и у авионској техници. Развој DLSM методе је покушај испуњавања захтева за економичнијом производњом малих серија машинских елемената и све комплекснијих геометрија (како спољашњих тако и унутрашњих) металних елемената. Тродимензионални елемент изграђује се на тај начин што се додаје један по један део запремине у облику танког слоја, чиме настаје порозан и шупљикав елемент, који је чврст и лак. За разлику од индиректног ласерског синтеровања метала, DLSM се састоји од само једног процесног корака што је предност директне методе јер се избегава проблематична процедура очвршћавања у пећи. За потребе ултразвучне дефектоскопије чврстих тела најчешће је коришћена метода са само једном ултразвучном главом за емитовање и пријем сигнала (тзв. импулсна ехо техника). Метода ултразвучне дефектоскопије са одвојеним главама је до сада мало развијана (једна глава је одашиљач сигнала, а друга има улогу сензора за пријем сигнала). Дефектоскоп заснован на KTUD методи састоји се из једног модула за генерисање сигнала релативно ниских ултразвучних фреквенција и четири електронска мерна ланца за пријем и конверзију трансмисионих ултразвучних сигнала. KTUD систем својим конструкционим, електронским и софтверским решењима ствара услове за ефикасну проверу квалитета материјала синтерованих DLSM Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 5-2 поступком. Један од основних захтева је да се обезбеди задовољавајућа продорност ултразвука која омогућава примену и код порозних и шупљикавих материјала. Примена релативно ниских ултразвучних фреквенција од само неколико десетина килохерца омогућава захтевану продорност сигнала неопходну за квалитетну дефектоскопију узорака материјала који не само да су сами по себи порозни већ и „ћелијске геометрије” доприносе додатној „шупљикавости”. Применом поменутих фреквенција, избегнута је велика апсорпција у материјалу (као што је то случај код сигнала високих фреквенција примењених код ултразвучне импулсне ехо технике). У случају да испитивани узорак материјала садржи дефект, највеће слабљење амплитуде ултразвучног сигнала манифестовано је у ултразвучној глави која је најближа дефекту. Регистрација оваквих амплитуда изведена је помоћу релативно једноставних и јефтиних аналогно дигиталних (A/D) конвертора. Ово је значајна предност KTUD методе јер су електронске компоненте (пре свега A/D конвертори из области масовне индустријске производње) због својих нижих радних фреквенција вишеструко јефтиније од електронских елемената искоришћених код импулсне ехо методе. Тиме је отворен пут широкој примени дефектоскопа заснованог на KTUD методи, и у науци и у индустрији. У опису патентна који је аутор ове дисертације пријавио код „Централног Завода за Патенте“ („Deutsches Patent- und Markenamt (DPMA)“) у Минхену, Немачка у октобру 2010. год. је наведено: "проналазак се тиче апаратуре и поступка за дефектоскопију узорка материјала без разарања, излагањем узорка ултразвучним таласима и обрадом сигнала насталих трансмисијом ултразвука кроз узорак" ("Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüfgegenstands mittels Ultraschallwellen"). Јула 2012. год позитивно је решен патентни захтев и додељен патент под бројем 10 2010 046 781. У дисертацији је најпре представљен начин функционисања KTUD методе, а затим њено електронско и софтверско решење. На крају су приказани резултати и дискусија испитивања на конкретним материјалима (AlSi12 из групе нових материјала и AlMg3 из групе конвенционалних материјала). Електронска реализација KTUD методе представљена је са два блока. Први блок чини мерни ланац, док други блок представља систем за утврђивање координата пријемника ултазвучних сигнала. Мерни ланац садржи генератор ултразвучних сигнала и четири гране састављене од пријемника ултазвучног сигнала, појачавача и А/D конвертора. Одашиљачка Закључак 5-3 ултразвучна глава се побуђује помоћу генератора функције који генерише напонски сигнал релативно ниске учестаности. За контролу овог сигнала користи се осцилоскоп и фреквенцметар. Ултразвук генерисан од стране предајника пролази кроз испитивани материјал и тада бива мање или више ослабљен по амплитуди, и са мањим или већим кашњењем стиже до пријемника. Пријемник конвертује механичке вибрације у напонски сигнал који се даље појачава и ковертује у дигитални сигнал. Ови напони се појачавају помоћу четири електронска адаптера. Излази сигналних адаптера се доводе преко A/D конвертора до рачунара који спроводи процесирање мерених сигнала. Блок за утврђивање координата пријемника ултразвучних сигнала састоји се од предајника, пријемника и појачавача инфрацрвене светлости. Као извор инфрацрвене светлости коришћена је фотоћелија, док је као пријемник употребљен фотоотпорник. Појачавач је реализован као обичан инвертујући појачавач са операционим појачавачем. За одашиљач ултразвучног сигнала и пријемне сензоре коришћени су пиезоелектрични (ПИЕ) елементи од олово цирконијум титанатне (Pb[ZrxTi1-x]O3 0≤x≤1) електрокерамике. Коришћен је ултразвучни сигнал фреквенције 45 kHz чије се амплитуде, облик сигнала и трајање, могу софтверски дефинисати. Развијено је неколико варијанти анализе сигнала у KTUD методи :  диференција (разлика) стабилних електричних напона (заснована је на разлици интензитета ултразвучних таласа два пријемника); предност ове варијанте је поуздан једнозначан мерни резултат а потребне електронске компоненте су јефтине, што је и основни разлог да су резултати презентовани у овој дисертацији добијени применом ове варијанте,  диференција (разлика) времена распростирања ултразвучних таласа у деловима материјала где не постоје дефекти и у деловима где дефеката има,  упоређење сигнала пријемих ултразвучних сензора са референтним сигналом побуде (сигнал сваке пријемне главе се упоређује директно са стартним тренутком сигнала емитованог са побудне главе); овај поступак карактерише изузетно велика брзина детекције, јер су мерена времена много пута краћа од времена код варијанте диференције стабилних електричних напона. Упоређивање сигнала се може спровести праћењем подешене вредности амплитуде напона или праћењем прве препознатљиве периоде осцилације. Недостатак свих варијанти анализе времена распростирања ултразвучних таласа је потреба за квалитетним A/D конверторима високе резолуције. То изазива трошкове Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 5-4 који су многоструко већи него ког варијанте диференције стабилних електричних напона. Значајан аспект у применљивости KTUD методе представља развијена софтверска подршка. Њена основна намена везана је за потребу памћења релевантних података добијених у процесу испитивања материјала. У почетној фази током развоја методе креирана софтверска подршка коришћена је и за визуелизацију и графичко представљање резултата мерења ради лакше и брже оцене ваљаности методе и њене применљивости. Имајући у виду потребу да оцену ваљаности методе врше и истрживачи лоцирани ван лабораторије непосредног извођења експеримента, развијену софтверску подршку је могуће користити у окружењу Интернета. На тај начин су створени услови да се развијена софтверска подршка може користити за Интернет дистрибуцију резултата мерења спроведених при дефектоскопији материјала применом KTUD методе. Експериментална истраживања су се односила на услове под којима је могуће постићи најјаснију реакцију мерног система на дефекте унутар узорка, тј. на питања, како постићи најбољу могућу ефикасност, поузданост и „продорност“ KTUD методе. Повећање ефикасности система се постиже са што већим амплитудама пријемних напона које су у идеалном случају такве да их није потребно додатно појачавати пред улазак у A/D конвертор (овим се избегава деформација сигнала коју уноси појачивач, побољшава се свеукупан однос сигнал-шум и штеди се на трошковима појачавачких компоненти). Приказани су најпре резултати и дискусија примене KTUD методе код узорка материјала AlSi12 (у облику паралелопипеда) са целуларном структуром. Узорак је добијен DLSM поступком на Фраунхофер Институту, Аугсбург, Немачка. Упоредна анализа експеримената спроведена је над стандардним индустријским узроком материјала AlMg3 истог облика. Експериментална истраживања су најпре била усмерена на одређивање зависности амплитуда напона сигнала пријемне ултразвучне главе од притиска. Одређиван је опсег унутар којег притисак може да варира, а да то не изазива знатне измене амплитуда напона унутар пријемних глава. То је био један од циљева овог рада јер се на основу oве зависности механизми пријемних ултразвучних глава димензионишу тако, да је притисак увек у оптималном опсегу, а све то са најмањим улагањима у механичку прецизност. Закључак 5-5 Током серија мерења зависности амплитуда напона сигнала пријемне ултразвучне главе од притиска, изведена су и испитивања утицаја амплитуде напона ултразвучног сигнала којим се напаја одашиљач 1S на амплитуде напона генерисаних од стране пријемних ултразвучних глава iP . Мотив је био проналажење опсега за што бољи систем калибрације. Коришћен је сет напона, који стоје на располагању од стране генератора фукције (амплитуде напона од 6 V , 9 V , 15 V и 19,75 V ). Осим тога изведена су и испитивања утицаја облика електричног сигнала којим се напаја одашиљач 1S . Поред стандардног синусног облика искоришћени су и остали уобичајени сигнални облици: правоугаони и троугласти. Пре него што су изедени главни експерименти, извршена је провера реакције ПИЕ елемента на промене притиска, без учествовања узорка у експерименту. Ова мерења су изведена аналогно за сва три сигнална облика, а резултат је подједнака линеарност. Веома задовољавајући закључак је изведен: употребљене пиезокерамике не уносе нелинеарности у експерименталне резултате. Поступак мерења који је реализован током експеримената, започињао је подешавањем почетног притиска (који је у тој фази мали), над пријемном ултразвучном главом која се испитује. Први облик електричног сигнала генератора функције је синусоида са почетном-најнижом амплитудом напона побуде извора 1S од 6 V . Одржавајући притисак над мерном главом констатним, извођено је следеће мерење генерисане амплитуде напона са преосталим амплитудама напона побуде од 9 V , 15 V и 19,75 V . Потом је мењан сигнални облик напајања извора 1S најпре на правоугаони а затим и на троугласти сигнал. Након тога је на пријемној глави повећан притисак за један корак, и аналогно напред приказаном сценарију, спроведне четири „петље” мерења са амплитудама напона побуде од 6 V , 9 V , 15 V и 19,75 V при чему су мењана сва три сигнална облика. Мерења су настављана регистровањем аплитуде напона пријемне ултразвучне главе iP при повећавању притиска, све док није достигнута максимална вредност притиска на пријемну главу (око 120 2mkN ). Прво су приказивани резултати мерења на узорку AlSi12 без дефекта, а затим резултати мерења истог узорка са дефектом. Анализом је одређиван опсег унутар кога притисак може да варира а да то не изазива знатне измене амплитуда напона пријемних ултразвучних глава што је био и један од главних циљева спроведених експеримената. Анализа резултата је спроведена најпре приказом главног 3D дијаграма (притисак, амплитуда напона који генерише пријемна ултразвучна глава iP , амплитуда напона Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 5-6 побуде главе одашиљача 1S ). Након тога су приказани сегментирани графици и спроведена нумеричка анализа - фитoвање. Уочено је да су при свим мерењима регистроване амплитуде генерисаних напона на сензорским главама при амплитудама напона побуде од 15 V и 19,75 V знатно веће од оних регистрованих при 6 V и 9 V . Зато су све анализе изведене помоћу дијаграма који одговарају амплитудама напона на одашиљачу 1S од 15 V и 19,75 V . Упоређивање резултата мерења добијених код узорка AlSi12 без дефекта и са дефектом спроведено је са циљем да се нађе одговор на питање да ли су при свим вредностима притисака амплитуде напона које генерише пријемна глава изнад сегмента без дефекта веће од амплитуда напона пријемне главе изнад сегмента са дефектом. Овим би се доказало да је дефектоскопија високо порозног и шупљикавог материјала произведеног DLSM методом могућа уз примену KTUD методе. С обзиром на постављени циљ одређивања опсега унутар кога може доћи до варијације притиска а да то изазове мале измене амплитуда напона унутар пријемних глава (график функције U(p) је линеаран са малим нагибом), пожељно је да у оба случаја (када нема дефекта и када има дефекта) постоји што шира област притисака када су оба графика приближно паралелна. Све наведене претпоставке су потврђене анализом експерименталних резултата. На пример, упоређивањем резултата код узорка AlSi12 добијених без дефекта и са дефектом, амплитуда напона које генерише пријемна ултразвучна глава изнад сегмента без дефекта је већа од амплитуде напона главе изнад сегмента са дефектом (унутар опсега притисака од 43 2mkN до 81 2mkN разлика амплитуда напона настала услед присуства дефекта је приближно константна и износи око 0,5 V ). Спроведено је и упоређивање резултата сва три примењена облика сигнала напајања одашиљачке главе: синусоиде, правоугаоника и троугла. Амплитуде напона које генерише пријемна ултравучна глава при различитим облицима сигнала изнад квадранта са дефектом су скоро идентичне, док изнад квадранта без дефекта разлика амплитуда износи свега око 0,2 V . Аналогно поступку мерења над узорком AlSi12 изведен је комплетан експериментални и аналитички поступак над упоредним узорком који је типичан представник конвенционалних алуминијумских легура AlMg3 (овај материјал се налази у широкој примени у производњи машинских делова за ваздухопловство, орбиталне сателите и др.). Такође су најпре приказани резултати мерења утицаја притиска код Закључак 5-7 узорка без дефекта, а затим резултати мерења код узорка са дефектом. И овде су презентирани резултати експеримената за сва три сигнална облика. Међутим, код узорка материјала AlMg3, је за разлику од AlSi12, уграђен чеп прецизних димензија од истог материјала који омогућава извођење симулација различитих запремина дефекта. Резултати тих експеримената су приказани у свим верзијама сигналних облика, па се на тај начин дошло до веома вредних података о перформансама KTUD дефектоскопа. Најпре је уочено да при амплитуди напона побуде одашиљачке главе 1S од 15 V , графици функција имају мањи нагиб него при при напону од 19,75 V , па су анализе рађене при напону на 1S од 15 V . Уочено је и да је амплитуда напона глава изнад сегмента без дефекта знатно већа од амплитуда напона главе изнад сегмента са дефектом, а опсег унутар кога измене притиска не уносе велике измене амплитуда напона пријемника, је између 38 2mkN и 109 2mkN . Разлика пријемних амплитуда коју уноси дефект, унутар овог опсега је скоро константна и износи око 2 V за синусни сигнал, 2,2 V за троугласти сигнал, а око 3 V за правоугаони сигнал. На основу ових података додатно је спроведена анализа утицаја различитих сигналних облика напајања одашиљачке ултразвучне главе (синусоиде, правоугаоника и троугла) на вредности амплитуда напона које генеришу пријемне ултразвучне главе код узорка AlMg3. У обе варијанте (узорак без дефекта и са дефектом а при амплитуди напона побуде од 15 V ) правоугаони сигнални облик доводи до највећих амплитуда напона пријемних ултразвучних глава. Сигнални облик синусоиде се манифестује нешто мањим амлитудама пријемника, али је ток графика U(p) у вaријантама са и без дефекта веома повољан. Примена троугластог сигналног облика резултује најмањим амплитудама пријемних ултразвучних глава али са најбољом линеарношћу графика. Из наведене анализе се може закључити, да испитивање оптималног сигналног облика побуде има велики значај и користи карактеризацији KTUD методе. Показано је да се код KTUD дефектоскопа сва мерења могу успешно извести без употребе контактног средства између ПИЕ елемената и површине испитиваних узорака што је очигледна и велика предност у односу на импулсну ехо технику. Употреба контактних средстава је код импулсне ехо технике обавезна, што је велики проблем када се испитују порозни и шупљикави материјали. На основу свега напред наведеног показано је :  да је конструкција ефикасног дефектоскопа могућа је са релативно малим улагањем у апаратуру употребом електронских компоненти које се масовно Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 5-8 производе: конвенционалних A/D конвертора и ПИЕ елемената кавитационих ултразвучних апарата,  да је могуће постићи ефикасну дефектоскопију високо порозног и шупљикавог материјала, са реалтивно малим улагањем у механичку прецизност при позиционирању ултразвучних сензора; у ту сврху одређен је опсег оптималних притисака сензора на површини узорка,  да је могуће ефикасно и поуздано обавити мерења без употребе контактног средства на додирној површини сензор – узорак. На овај начин је остварена могућност, да се применом KTUD методе побољша контрола квалитета серијске производње узорака високо порозних и шупљикавих материјала добијених DLSM технологијом. Осим тога, развијена је и специјално пројектована релациона база података и наведено софтверско решење. Експериментална истраживања су изведена код узорка AlSi12 као представника савремених материјала, и над узорком AlMg3, који представља конвенционални материјал. Како би се добили одговори утицаја запремине дефеката код узорка AlSi12, који садржи ћелијске структуре, било би неопходно израдити низ узорака који би се разликовали једино у величини уграђених дефеката. Треба напоменути да је број легура над којима се врше актуелна истраживања и унапређење DLSM методе веома велики. То значи да би се за практичну употребу дефектоскопа заснованог на KTUD методи у индустрији морао извести читав низ нових експериментална истраживања по аналогији са испитивањима обављеним у оквиру ове дисертације. Том приликом би требало водити рачуна о габаритима узорака над којима би се изводила дефектоскопија, а у неким случајевима би била неопходна и улагања у нова конструкциона решења самог дефектоскопа. Наставак истраживања би се могао односити и на оптимизацију дефектоскопа у примени код узорака још комплексније геометрије коју често имају индустријски производи. Усавршавање дефектоскопа на основу KTUD методе, могло би ићи ка трансформацији приказаног стационарног дефектоскопа ка мобилном дефектоскопу или чак дефектоскопу који би био реализован у облику интелигентног сензора. Таква конструкција би била могућа, пре свега због веома лаганих основних делова оваквог сензора. Овакви интелигентни сензори би се могли користили нпр. за контролу стања материјала авиона или сателита, уз могућност алармирања током лета. Наведене варијанте могу бити предмет наставка истраживања и усавршавања овде приказане KTUD методе и реализованог дефектоскопа. Литература 6-1 6. ЛИТЕРАТУРА [Ask84] D.R. Askeland, „The Science and Engineering of Materials“, PWS Publishers, Belmont, California, USA, 1984 [Are08] T. Arens, F. Hettlich, Ch. Karpnger, U. Kockelkorn, K. Lichtenegger, H.Stachel, „Mathematik“. Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg, 2008 [Aul90] B.A. Auld, „Acoustic Fields and Waves in Solids“, Krieger Publishing Company, Malabar, Florida U.S.A, 1990 [Bad95] B. Badrinarayan, „Study of the Selective Laser Sintering of Metal-Polymer Powders“, The University of Texas at Austin, USA, Austin, Dissertation, 1995 [Bar02] R. Barkmann, C.-C. Gluer, „Associations between parameters of ultrasound transmission and structural parameters of cortical bone”, Ultrasonics Symposium, Proceedings. IEEE; Volume: 2; DOI 10.1109/ULTSYM.2002.1192611; 2002 Page(s): 1649 - 1652 [Bar06] S. Barrett, D. Pack, „Microcontrollers Fundamentals for Engineers and Scientists (Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems)“, Morgan and Claypool Publishers, Washington, 2006 [Bar07] O. Barbian, „Handbuch Automatisierte Ultraschall-Prüfsysteme“, Dvs Media, Düsseldorf , 2007 [Bea97] J. Beaman, J. Barlow, D. Bourell, R. Crawfoed, „Solid Freeform Fabrication. A New Direction in Rapid Manufacturing.“, Kluwer Academic Publishers, Dordecht, 1997 [Ben02] M. Benz, „Ultraschall zur Erfassung innerer Freiformgeometrien auf Werkzeugmaschinen“, Shaker Verlag GmbH, Aachen, 2002 [Ber11] H. Bernstein, „Mikrocontroller in der Elektronik: Mikrocontroller programmieren und in der Praxis einsetzen“, Franzis Verlag, München, 2011 [Ber49] L. Bergmann, „Der Ultraschall und seine Anwendung in Wissenschaft und Technik“, Hirzel Verlag, Leipzig, 1949 Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 6-2 [Ber54] L. Bergmann, „Der Ultraschall und seine Anwendung in Wissenschaft und Technik“, Hirzel, Leipzig, 1954 [Bha87] A.B. Bhatia, „Ultrasonic Absorption: An Introduction to the Theory of Sound Absorption and Dispersion in Gases, Liquids, and Solids“, Dover Publications Inc., Mineola, New York, USA, 1987 [Bos04] H. Bossel, „Systeme, Dynamik, Simulation, Modellbildung, Analyse und Simulation komplexer Systeme“, Books on Demand, Nordenstedt, 2004 [Bou09] T. Bouden, S. Dib, K. Aissaous, M. Grimes, „Signal processing methods for materials defects detection“, Ultrasonics Symposium (IUS), IEEE International; Digital Object Identifier: 10.1109/ULTSYM.2009.5441482; 2009 Page(s): 1 - 4 [Bow11] C.R. Bowen, P.F. Giddings, A.I.T. Salo, H.A. Kim, „Modeling and characterization of piezoelectrically actuated bistable composites“, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. Dept. of Mech. Eng., Univ. of Bath, Bath, UK September 2011. Volume: 58 Issue: 9, Bath, 1737 - 1750 [Bra10] G. Branner, „Modellierung transiente Effekte in der Struktursimulation von Schichtbauverfahren“, Techinsche Universität München, München, 2010 [Bul09] H.J. Bullinger, „Technology Guide: Principles, Applications, Trends“, Springer Verlag, Berlin, 2009 [Bur93] S. Burkhardt, „Parallele Rechnersysteme und Anwendung“, Verlag Technik GmbH, Berlin - München, 1993 [Cel05] J. Celko, „SQL Programming Style“, Morgan Kaufmann Publishers, San Fransisco, 2005 [Cha95] S. Chatterjee, B. Price, G. Lorenzen, „Praxis der Regressionsanalyse“, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München, 1995 [Chi05] Chi-Hung Huang, Chien-Ching Ma, Yu-Chih Lin, „Theoretical, numerical, and experimental investigation on resonant vibrations of piezoceramic annular disks”, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control; Volume: 52 , Issue: 8; Digital Object Identifier: 10.1109/TUFFC.2005.1509779; 2005 , Page(s): 1204 - 1216 [Coo96] C. Cooke, „An Introduction To Experimental Physics“, CRC Press, Florida, USA, 1996 [Cor87] H.W. Corsepius, „Ultraschall-Prüftechnik für Praktiker“, Holzmann Verlag, Bad Woerishofen, 1987 [Cre96] L. Cremer, M. Heckl, „Körperschall: Physikalische Grundlagen und technische Anwendungen“, Springer-Verlag Berlin GmbH & Co. K, Berlin, 1996 Литература 6-3 [Czy07] G. Czycholl, „Theoretische Festkörperphysik“, Springer Verlag, Berlin, 2007 [Dav12] L. Davidson, „Pro SQL Server Relational Database Design and Implementation“, APress, New York, 2012 [DDI06] „Materialprüfnormen für metallische Werkstoffe 2: Zerstörungsfreie Prüfungen, Volumenverfahren, Durchstrahlungsprüfung, Ultraschallprüfung“, Beuth Verlag, Berlin, 2006 [DIN97] DIN 19226, „Leittechnik - Regelungstechnik und Steuerungstechnik“, Beuth Verlag, Berlin, 1997 [Dec88] C. Deckard, „Selective Laser Sintering“, The University of Texas at Austin, USA, Austin, Dissertation, 1988 [Del04] S. Delorme, J. Debus, „Ultraschalldiagnostik“, Thieme, Stuttgart, 2004 [Deu95] V. Deutsch, M. Vogt, „Ultraschallprüfung von Schweißverbindungen“, Dvs Media, Düsseldorf, 1995 [Deu97] V. Deutsch, M. Platte, M. Vogt, „Ultraschallprüfung. Grundlagen und industrielle Anwendungen“, Springer Verlag, Berlin, 1997 [Die00] K.H. Dietsche, M. Ohsmann, „Mikrocontroller Handbuch. Grundlagen, Hardware und Programmierung“, Elektor Verlag, Sande, 2000 [Die06] V.C. Dietrich, „Ultraschall-Kurs: Organbezogene Darstellung von Grund-, Aufbau- und Abschlusskurs. Nach den Richtlinien von KBV, DEGUM, ÖGUM und SGUM“, Deutscher Ärzte-Verlag, Köln, 2006 [Döh05] V. H. Döhler, „Informationsgewinn durch Messung“, Expert-Verlag, Renningen, 2005 [Don80] I. Donald, „Ultraschall in der medizinischen Diagnostik“, Walter de Gruyter, Berlin, 1980 [DPMA] „Nemački Centralni Zavod za Patente“ („Deutsches Patent- und Markenamt (DPMA)”) kao odeljenje „Nemačkog Saveznog Ministarstva PravosuĎa“, Berlin, http://www.dpma.de/amt/ [Dun88] R.A. Dunlap, „Experimental Physics: Modern Methods“, Oxford University Press, Oxford, USA, 1988 [Eis66] F. Eisenkolb, „Einführung in die Werkstoffkunde“, VEB Verlag, Berlin, 1966 [Evj06] B. Evjen, „Professional ASP.NET 2.0“, Wiley & Sons, Inc., San Francisco, 2006 [Fae02] J. Faehrer, „Ganzheitliche Optimierung des indirekten Metall- Lasersinteringprozesses“, Techinsche Universität München, München, 2002 [Far07] F.M. Farmer, „Electrical Measurements in Practice“, Dodo Press, Gloucester, UK, 2007 Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 6-4 [Far08] J. Farrell, „Microsoft Visual C#: An Introduction to Object-Oriented Programming“, South Western Educ Publishing, Cincinnati, 2008 [Far10] M. Farina, L. Galleani, P. Tavella, S. Bittanti, „A control theory approach to clock steering techniques“, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. Politec. di Milano, Milan, Italy October 2010. Volume: 57 Issue:10, 2010, 2257 - 2270 [Flu66] S. Flugge, „Handbuch Der Physik/Encyclopedia of Physics: 49 (Part 1)“, Springer-Verlag, Berlin, 1966 [Flu71] S. Flugge, „Handbuch Der Physik/Encyclopedia of Physics: 49 (Part 3)“, Springer-Verlag, Berlin, 1971 [FRA] Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Projektgruppe Augsburg, Germany. [Gad00] D.V. Gadre, „Programming And Customizing the AVR Microcontroller“, Mcgraw-Hill Professional, New York City, 2000 [Geb07] A. Gebhardt, „Generative Fertigungsverfahren.“, Hanser, München, 2007 [Ger96] R. German, „Sintering Theory and Pactice“, Wiley & Sons, New York, 1996 [Ges06] J. Gessert, G.W. Moore, M.E. Schafer , „Development of a Novel Hand-Held Ultrasonic Probe Test Device“, Ultrasonics Symposium, IEEE; Digital Object Identifier: 10.1109/ULTSYM.2006.410; 2006 , Page(s): 1622 - 1624 [Gil02] D.W. Gill, „Building Web Appliations with C#“, RC Press Inc., N.Y., 2002 [Gli02] M. Glinka, „Thermoakustische Ultraschall-Leistungsmesser: Modellierung und Experiment“, Shaker Verlag GmbH, Aachen, 2002 [Gob06] J. Gobrecht, „Werkstofftechnik - Metalle“, Oldenbourg Verlag, München, 2006 [Gol05] Lj. Golubović, „Električna merenja neelektričnih veličina“, Tehnički fakultet u Čačku, Čačak, 2005 [Gol95] H.D. Golde, „Ultraschall - Metallschweißen“, Moderne Industrie, Landsberg, 1995 [Got07] G. Gottstein, „Physikalische Grundlagen der Materialkunde“, Springer , Berlin, 2007 [Gri02] A.M. Grishin, V.P. Denysenkov, „Broad band microwave probe for nondestructive test of dielectric coatings“, IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics, Dept. of Condensed Matter Phys., R. Inst. of Technol., Stockholm, Sweden. ISSN : 1099-4734 28 May-1 June 2002 91 – 93 Литература 6-5 [Grm07] J. Grman, R. Ravas, L. Syrova, „The Role of Wavelet Analysis in the Nondestructive Defectoscopy by Eddy-Currents“, Radioelektronika, 2007. 17th International Conference Issue Date : 24-25 April 2007., Montreal, 2007 Slovenska Technicka Univ. Bratislave, Bratislava. ISBN: 1-4244-0821-0 1 - 3 [Hag11] M. Hagiwara, S. Takahashi, T. Hoshina, H. Takeda, T. Tsurumi, „Analysis of nonlinear transient responses of piezoelectric resonators“, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, ISSN: 0885-3010. Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology September 2011. Volume: 58 Issue:9, 1721 - 1729 [Hau91] A. Haug, F. Haug, „Angewandte Elektrische Messtechnik. Grundlagen, Sensorik, Messwertverarbeitung“, Vieweg Verlag, Braunschweog, 1991 [HBM] Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, 64293 Darmsatdt, Germany [Heg09] J. Hegemann, „Simulation und Bewertung von Porosität in CFK mit Ultraschall“, Shaker Verlag GmbH, Aachen, 2009 [Hen07] B. Henrich, „Partikelbasierte Simulationsmethoden in Pulvertechnologie und Nanofluidik“, Universität Freiburg, Freiburg, Dissertation, 2007 [Him10] G. Himunzowa, „Iterative Feedback Tuning into Microcontroller: Investigations into Implementation of Iterative Feedback Tuning Algorithm into Microcontroller“, LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrücken, 2010 [Hof97] R. Hoffmann, „Signalanalyse und Erkennung“, Springer Verlag, Berlin, 1997 [Hüb95] K.H. Hübner, „Ultraschallprüfung. Grundlagen - Geräte - Anwendungen“, Springer Verlag, Berlin, 1995 [Jän08] K. Jänich, „Vektoranalysis“, Springer Verlag, Berlin, 2008 [Jin12] D. Jin, S.Lin, „Advances in Computer Science and Information Engineering“ Springer Verlag, Berlin, 2012 [Kan07] K. Kant, „Microprocessors and Microcontrollers - Architecture, Programming and System Design“, Prentice-Hall of India Pvt.Ltd, New Delhi, 2007 [Käs08] K.H. Käse-Kaßbaum, „Analytische Geometrie“, Käse-Kaßbaum, Uetersen, 2008 [Kha04] V.S. Khandetskyy, V.V. Gerasimov, „Research of electrodynamics processes in defectoscopy of composites“, 10th International Conference on Issue Date : Sept. 14-17, 2004., Dnepropetrovsk, 2004. Department of Radio Physics of DNU, Naukova 13, Dnepropetrovsk 49050, Ukrajna. ISBN: 0-7803-8441-5 283 - 285 [Koc00] G. Koch, K. Loney, „Die Oracle 8 Referenz“, Carl Hanser Verl., Muenchen, 2000 [Kof05] M. Kofler, B. Oeggl, „MySQL 5 Programmiertechniken“, Addison-Wesley, Amsterdam, 2005 Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 6-6 [Kom08] V. Kompis, „Composites with Micro- and Nano-Structure: Computational Modeling and Experiments“, Springer Verlag, Berlin, 2008 [Kos10] P. Kosmol, „Optimierung und Approximation (de Gruyter Lehrbuch)“, Gruyter, Berlin , 2010 [Kra86] J. Krautkrämer, H. Krautkrämer, „Werkstoffprüfung mit Ultraschall“, Springer, Berlin , 1986 [Kre94] H. Kremer, W. Dobrinski, „Sonographische Diagnostik. Innere Medizin und angrenzende Gebiete“, Urban & Fischer Verlag, München, 1994 [Kru05] J. P. Kruth, P. Mercelis, J. van Vaerenbergh, L. Froyen, M. Rombouts, „Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting“, Rapid Prototyping Journal 11 (2005) 1, p. 26 - 36. [Kut06] H. Kuttruff, „Acoustics: An Introduction“, Routledge Chapman & Hall, New Ed, Abingdon, Oxon, UK, 2006 [Kut88] H. Kuttruff, „Physik und Technik des Ultraschalls“, S. Hirtzel Verlag, Stuttgart, 1988 [Lan09] K.J. Langenberg, R. Marklein, K. Mayer, „Theoretische Grundlagen der zerstörungsfreien Materialprüfung mit Ultraschall“, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München , 2009 [Leh85] W. Lehfeldt, „Ultraschall kurz und bündig. Physikalische Grundlagen und Anwendungen“, Vogel Verlag Und Druck, Würzburg , 1985 [Ler09] R. Lerch, „Technische Akustik: Grundlagen und Anwendungen“, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, 2009 [Ler10] R. Lerch, „Elektrische Messtechnik: Analoge, digitale und computergestützte Verfahren“, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, 2010 [Lev10] P. Levesque, M. Sawan, „Novel low-power ultrasound digital preprocessing architecture for wireless display“, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. Polystim Neurotechnologies Lab., Ecole Polytech. de Montreal, Montreal, QC, Canada March 2010. Volume: 57 Issue:3 [Lie10] Liexiang Fan, Hsu, S.J., Zeng, X.J., Chi-Yin Lee, Sutedja, R., Kook, J., Sekins, K.M., „A method for automated detection of high intensity focused ultrasound (HIFU) beams in 3D space“; IEEE; Ultrasonics Symposium (IUS), Digital Object Identifier: 10.1109/ULTSYM.2010.5935457; 2010 , Page(s): 471 - 474 [Lin08] S. Link, „Einflüsse von Ultraschall auf Zellen im Gewebeverband“, Vdm Verlag Dr. Müller, Saarbrücken, 2008 [Lud94] S. Luding, „Models and Simulations of Granular Materials“, Universität Freiburg, Freiburg, Dissertation, 1994 Литература 6-7 [Mac05] M. Macht, „Ein Vorgehensmodell für den Einsatz von Rapid Prototyping“, Diss TU München, 1999 [Mac99] M. MacDonald, M. Szpuszta, „ASP.NET 2.0 in C#“, Berkeley USA, Berkeley, 2005 [Meh07] A. Mehta, „Granular Physics“, Cambridge University Press, Cambridge, 2007 [Mei05] M. Meindl, „Beitrag zur Entwicklung generativer Fertigungsverfahren für das Rapid Manufacturing“, Techinsche Universität München, München, Dissertation, 2005 [Mei99] W. Meiners, „Direktes Selektives Laser Sintern einkomponentiger metallischer Werkstoffe“, Diss., RWTH Aachen, Nemačka, 1999 [Mey86] E. Meyer, E.G. Neumann, „Physikalische und Technische Akustik.“, Vieweg Friedr. + Sohn Ver, Wiesbaden, 1986 [Mil04] D. Milošević, M. Brković, „Računarstvo i Informatika“, Tehnički fakultet Čačak, Čačak, Serbia, 2004 [Mil87] R. Millner, „Wissensspeicher Ultraschalltechnik“, VEB Fachbuchverlag, Leipzig, 1987 [Mit05] N. Mitrović, „Senzori fizički principi i primene“, Tehnički fakultet u Čačku, Čačak, 2005 [Moe07] E. Moeller, „Handbuch Konstruktionswerkstoffe. Auswahl, Eigenschaften, Anwendung“, Hanser Fachbuchverlag, Leipzig, 2007 [Mor87] B. Morgenstern, M. Rübel, W. Kreysch, „Ultraschall- Diagnosegeräte“, TÜV Media GmbH, Köln, 1987 [Mös09] M. Möser, „Technische Akustik (VDI-Buch)“, Springer Verlag, Berlin, 2009 [Müh08] T. Mühl, „Einführung in die elektrische Messtechnik: Grundlagen, Messverfahren, Geräte“, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden, 2008 [Mül04] K.P. Müller, „Raumgeometrie: Raumphänomene - Konstruieren - Berechnen“, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden, 2004 [Mül96] K.P. Müller, „Lehrbuch Oberflächentechnik“, Vieweg Verlagsgesellschaft, Wiesbaden , 1996 [Nak11] K. Nakamura, „Ultrasonic Transducers: Materials and Design for Sensors, Actuators and Medical Applications“, Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, 2011 [Nel93] J. Nelson, „Selective Laser Sintering, a Definition of the Process and an Empirical Sintering Model“, Diss., The University of Texas at Austin, USA 1993. Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 6-8 [Nie02] M. Niemann, „Signalverarbeitung in der Ultraschall-Durchflußmessung“, Shaker Verlag GmbH, Aachen, 2002 [Nit05] M. Nitschke, „Geometrie: Anwendungsbezogene Grundlagen und Beispiele“, Carl Hanser Verlag GmbH & CO. KG, München, 2005 [Oli78] A.A. Oliner, „Acoustic surface waves (Topics in applied physics ; v. 24) “, Springer-Verlag, Berlin, 1978 [Ove03] C. Over, „Generative Fertigung von Bauteilen aus Werkzeugstahl X38CrMoV5-1 und titan TiAl6V4 mit „Selective Laser Melting“, RWTH Aache, Aachen, 2003 [Par80] M. Parrinello, A. Rahman, „Crystal-Structure and Pair Potentials - A Molecular- Dynamics Study“, Phys. Rev. Lett. 45, 1980 [Pat09] G. Patitz, „Zerstörungsfreie Untersuchung an altem Mauerwerk: Radar, Ultraschall und Seismik in der Baupraxis“, Beuth, Berlin, 2009 [Per10] P rez, N., Andrade, M.A.B., Buiochi, F., Adamowski, J.C., „Identification of elastic, dielectric, and piezoelectric constants in piezoceramic disks“; IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Volume: 57 , Issue: 12; Digital Object Identifier: 10.1109/TUFFC.2010.1751; 2010 , Page(s): 2772 – 2783 [Per65] W. Perry, R. Mason, „Physical acoustics“, Volume III: PART B - Lattice Dynamics“, Academic Press, Waltham, Massachusetts, USA, 1965 [Pet91] Č. Petrović, D. ĐorĎević, „Osnovi tehnologije elektrotehničkih materijala“, Naučna knjiga, Beograd, 1991 [Pfe99] W. Pfeiffer, „Elektrische Meßtechnik“, Vde-Verlag, Berlin, 1999 [PIC] PI Ceramic GmbH, Lindenstrasse, 07589 Lederhose, Nemačka [Pie11] T. Pientka, „Raumgeometrie“, Grin Verlag, San Francisco, 2011 [Pot09] C. Potthast, J. Wallaschek, „Numerische und experimentelle Untersuchung eines Ultraschall- Schlagbohrwerkzeugs“, PZH, Garbsen, 2009 [Ran96] M. Randall, M. Randell, „Sintering Theory and Practice“, Wiley & Sons, Inc., San Francisco, California, USA, 1996 [Rau00] T. Rauber, G. Rünger, „Parallele und verteilte Programmierung“, Springer Verlag, Berlin, 2000 [Rhe00] Rhee, S., Shrout, T.R., Ritter, T.A., Thumm, M., „Investigation of high frequency (2.45 GHz, 30 GHz) processing of Pb-based piezoelectrics for ultrasound transducers“; Ultrasonics Symposium, 2000 IEEE; Volume: 2; Digital Object Identifier: 10.1109/ULTSYM.2000.921489; Publication Year: 2000 , Page(s): 81 - 984 vol.2 Литература 6-9 [Rot98] A. Roth, „Das Mikrocontroller-Applikations - Kochbuch“, mitp, Remscheid, 1998 [Rug02] J. Ruge, „Signalanalyse und Erkennung“, Vieweg Verlag, Braunschweig, 2002. [Sch08] G. Schmidt, C. Görg, „Kursbuch Ultraschall: Nach den Richtlinien der DEGUM und der KBV“, Thieme, Stuttgart , 2008 [Sch06] H. Scheid, „Elemente der Geometrie“, Spektrum Akademischer Verlag, Berlin, 2006. [Sch07] E. Schrüfer, „Elektrische Meßtechnik: Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen“, Hanser Fachbuchverlag, Leipzig, 2007 [Sct07] W. Schatt, K.P. Wieters, B. Kieback, „Technologie und Werkstoffe“, Springer Verlag, Berlin, 2007 [Sch10] G. Schmitt, „Mikrocomputertechnik mit Controllern der Atmel AVR-RISC- Familie: Programmierung in Assembler und C - Schaltungen und Anwendungen“, Oldenbourg issenschaftsverlag, München, 2010 [Sch71] A. Schönhage, „Approximationstheorie“, De Gruyter, Berlin, 1971 [Sch83] W. Schober, „Mit Echolot und Ultraschall“, Herder, Freiburg, 1983 Lizenzausgabe edition Leipzig [Sch86] W. Schober, „Mit Echolot und Ultraschall“, Herder Verlag GmbH, Freiburg, 1986 [Sch88] W. Schatt, „Pulvermatalurgie, Sinter- und Verbundstoffe“, VDI Verlag, Leipzig, 1988 [Sch96] H. Schwartze, I. Schütze, „Konstruktive Raumgeometrie mit Computerhilfe“, Spektrum Akad. Vlg., Hdg., Heidelberg, 1996 [She06] G. Shepperd, „Microsoft ASP .NET Schritt für Schritt“, Microsoft Press, Unterschleißheim, 2006 [Sic94] T. Sickle, „Programming Microcontrollers in C“, LLH Technology Publishing,US, Eagle Rock, 1994 [Sig07] M. Sigl, „Ein Beitrag zur Entwicklung des Elektronenstrahsinterns“, Diss., Technische Universität München, Nemačka, 2007 [Sim96] G. Simpson, J. Blitz, „Ultrasonic Methods of Nondestructive Testing“, Springer, Dordrecht, Netherlands, 1996 [SLM] SLM Solutions GmbH, Roggenhorster Straße 9c, 23556 Lübeck, Nemačka [Sor02] G. Sorge, „Faszination Ultraschall“, Teubner Verlag, Stuttgart, 2002 Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 6-10 [Ste00] J. Steinberger, J. Shen, K. Manetsberger, J. Muellers, „Compensation of Nonlinear Shrinkage of Polymer Materials in Selective Laser Sintering“, In: Bourell, D. L. et al.: Solid Freeform Fabrication Proceedings 2000, Austin, USA: Kluwer Academic Publisher 2000. p. 377-385. [Str09] J. Strobel, „Werkzeuge zur Charakterisierung der Kavitation in Ultraschall- Reinigungsbädern“, Der Andere Verlag, Köln, 2009 [Sut84] V. Sutilov, P. Hauptmann, „Physik des Ultraschalls“, Springer, Berlin, 1984 [Thu98] M. Thumm, W. Wiesbeck, S. Kern, „Hochfrequenzmesstechnik, Verfahren und Meßsysteme“, Teubner Verlag, Stuttgart, 1998 [Ung10] T. Ungerer, „Mikrocontroller und Mikroprozessoren (eXamen.press) “, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, 2010 [Way01] R. Waymire, „Microsoft SQL Server“, Sams Publishing, Indianapolis, 2001 [Wea11] V.P.M. Weaver, M.G. Cain, T.M. Correia, M. Stewart, „Electromechanical coupling and temperature-dependent polarization reversal in piezoelectric ceramics“, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. Nat. Phys. Lab., Teddington, UK September 2011. Volume: 58 Issue:9, Teddington, 1730 - 1736 [Wed07] B.D. Wedlock, J.K. Roberge, „Electronic Components and Measurements“, Prentice Hall, New Jersey, USA, 2007 [Wei97] C. Weissmantel, C. Hamann, „Grundlagen der Festkörperphysik“, Springer Verlag, Berlin, 1997 [Wie04] J. Wiegelmann, „Softwareentwicklung in C für Mikroprozessoren und Mikrocontroller“, Huethig GmbH, Heidelberg, 2004 [Wie09] J. Wiegelmann, „Softwareentwicklung in C für Mikroprozessoren und Mikrocontroller: C-Programmierung für Embedded-Systeme“, Hüthig Verlag, Heidelberg, 2009 [Wit04] J. Witte, „Programmieren in C#“, Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2004 [Woh09] T. Wohhlers, „Wohlers Report 2009: State of the Industry, Annual Worldwide Progress Report“, Fort Collins, Collorado, USA: Wohlers Associates 2009 [Won08] A.Wonisch, „Entwicklung und Anwendung partikelbasierter Simulationstechniken“, Universität Freiburg, Freiburg, Dissertation, 2008 [Yu06] H.S. Yu, „Plasticity and Geotechnics, Advances in Mechanics and Mathematics“, Springer Verlag, Berlin, 2006 [Zae06] M. F. Zäh, „Wirtschaftliche Fertigung mit Rapid-Technologien“, Hanser Verlag, München, 2006 Прилози 7-1 7. ПРИЛОЗИ Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-2 7.1 Патентно писмо и додела патента KTUD дефектоскопа Прилози 7-3 Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-4 Прилози 7-5 7.2 Позив Одбора за дефектоскопију без разарања Савеза немачких инжењера (VDI) Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-6 7.3 Изводи из софтверског кодa База података CREATE TABLE T_State ( ID_State bigint IDENTITY(1,1) NOT NULL, Name_State nvarchar (200) NOT NULL, Comment_State nvarchar (400) NULL, State_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_State_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_State PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_State) ) CREATE TABLE T_User ( ID_User uniqueidentifier NOT NULL, NameFamily_User nvarchar (100) NOT NULL, NameFirst_User nvarchar (100) NOT NULL, Loginname_User nvarchar (100) NOT NULL, Email_User nvarchar (100) NOT NULL, Password_User nvarchar (100) NOT NULL, Comment_User nvarchar (400) NULL, User_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_User_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_User PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_User), CONSTRAINT fk_T_User_ID_State FOREIGN KEY (ID_State) REFERENCES T_State (ID_State) ) CREATE TABLE T_Signal ( ID_Signal bigint IDENTITY(1,1) NOT NULL, Name_Signal nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Signal nvarchar (400) NULL, Signal_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Signal_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Signal PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Signal) ) CREATE TABLE T_Image ( ID_Image bigint IDENTITY(7001,1) NOT NULL, Name_Image nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Image nvarchar (400) NULL, Image_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Image_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Image PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Image) ) Прилози 7-7 CREATE TABLE T_Strategy ( ID_Strategy bigint IDENTITY(1,1) NOT NULL, Name_Strategy nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Strategy nvarchar (400) NULL, Strategy_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Strategy_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Strategy PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Strategy) ) CREATE TABLE T_Device ( ID_Device bigint IDENTITY(4001,1) NOT NULL, Name_Device nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Device nvarchar (400) NULL, Charakteristics_Device nvarchar (400) NULL, ID_Image bigint NULL, Device_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Device_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_Device PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Device) ) CREATE TABLE T_Material ( ID_Material bigint IDENTITY(3001,1) NOT NULL, Name_Material nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Material nvarchar (400) NULL, Charakteristics_Material nvarchar (400) NULL, ID_Image bigint NULL, Material_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Material_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_Material PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Material) ) CREATE TABLE T_Sample( ID_Sample bigint IDENTITY(5001,1) NOT NULL, Name_Sample nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Sample nvarchar (400) NULL, ID_Material bigint NOT NULL, Unit_Sample nvarchar (50) NULL, Length_Sample int NULL, Width_Sample int NULL, Height_Sample int NULL, Cal1_X int NULL, Cal1_Y int NULL, Cal2_X int NULL, Cal2_Y int NULL, ID_Image bigint NULL, Sample_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Sample_Sample_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_Sample PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Sample), CONSTRAINT fk_T_Sample_ID_Material FOREIGN KEY (ID_Material) REFERENCES T_Material (ID_Material) ) Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-8 CREATE TABLE T_Measurement_Type ( ID_Measurement_Type int IDENTITY(1,1) NOT NULL, Type_Description nvarchar(80) NOT NULL, Type_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Type_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Measurement_Type PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement_Type) ) CREATE TABLE T_Measurement ( ID_Measurement bigint IDENTITY(100,1) NOT NULL, Name_Measurement nvarchar (200) NOT NULL, Name_ImportFile nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Measurement nvarchar (400) NULL, X_Axis_Unit nvarchar (20) NULL, X_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y_Axis_Unit nvarchar (20) NULL, Y1_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y1_Axis_ID_Signal bigint NULL, Y2_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y2_Axis_ID_Signal bigint NULL, Y3_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y3_Axis_ID_Signal bigint NULL, Z_Axis_Unit nvarchar (20) NULL, Z_Axis_Label nvarchar (80) NULL, ID_Sample bigint NOT NULL, ID_Strategy bigint NULL, ID_Image bigint NULL, Measurement_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Measurement_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_UserCreate uniqueidentifier NULL, ID_State bigint NULL, ID_Measurement_Type int NOT NULL, CONSTRAINT pk_T_Measurement PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Sample FOREIGN KEY (ID_Sample) REFERENCES T_Sample (ID_Sample), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Strategy FOREIGN KEY (ID_Strategy) REFERENCES T_Strategy (ID_Strategy), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Image FOREIGN KEY (ID_Image) REFERENCES T_Image (ID_Image), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_User FOREIGN KEY (ID_UserCreate) REFERENCES T_User (ID_User), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_State FOREIGN KEY (ID_State) REFERENCES T_State (ID_State), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Type FOREIGN KEY (ID_Measurement_Type) REFERENCES T_Measurement_Type (ID_Measurement_Type), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Y1_Axis_ID_Signal FOREIGN KEY (Y1_Axis_ID_Signal) REFERENCES T_Signal (ID_Signal), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Y2_Axis_ID_Signal FOREIGN KEY (Y2_Axis_ID_Signal) REFERENCES T_Signal (ID_Signal), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Y3_Axis_ID_Signal FOREIGN KEY (Y3_Axis_ID_Signal) REFERENCES T_Signal (ID_Signal) ) Прилози 7-9 CREATE TABLE T_Measurement_Device ( ID_Measurement bigint NOT NULL, ID_Device bigint NOT NULL, Measurement_Device_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Measurement_Device_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Measurement_Device PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement, ID_Device), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Device_ID_Measurement FOREIGN KEY (ID_Measurement) REFERENCES T_Measurement (ID_Measurement), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Device_ID_Signal FOREIGN KEY (ID_Device) REFERENCES T_Device (ID_Device) ) CREATE TABLE T_MeasurementDataXYZ ( ID_Measurement bigint NOT NULL, Measurement_Counter int NOT NULL, X_Axis_Value int NOT NULL, Y1_Axis_Value int NULL, Y2_Axis_Value int NULL, Y3_Axis_Value int NULL, Z_Axis_Value int NOT NULL, CONSTRAINT pk_T_MeasurementDataXYZ PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement, Measurement_Counter), CONSTRAINT fk_T_MeasurementDataXYZ_ID_Measurement FOREIGN KEY (ID_Measurement) REFERENCES T_Measurement (ID_Measurement), ) CREATE TABLE T_State ( ID_State bigint IDENTITY(1,1) NOT NULL, Name_State nvarchar (200) NOT NULL, Comment_State nvarchar (400) NULL, State_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_State_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_State PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_State) ) CREATE TABLE T_User ( ID_User uniqueidentifier NOT NULL, NameFamily_User nvarchar (100) NOT NULL, NameFirst_User nvarchar (100) NOT NULL, Loginname_User nvarchar (100) NOT NULL, Email_User nvarchar (100) NOT NULL, Password_User nvarchar (100) NOT NULL, Comment_User nvarchar (400) NULL, User_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_User_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_User PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_User), CONSTRAINT fk_T_User_ID_State FOREIGN KEY (ID_State) REFERENCES T_State (ID_State) ) Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-10 CREATE TABLE T_Signal ( ID_Signal bigint IDENTITY(1,1) NOT NULL, Name_Signal nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Signal nvarchar (400) NULL, Signal_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Signal_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Signal PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Signal) ) CREATE TABLE T_Image ( ID_Image bigint IDENTITY(7001,1) NOT NULL, Name_Image nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Image nvarchar (400) NULL, Image_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Image_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Image PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Image) ) CREATE TABLE T_Strategy ( ID_Strategy bigint IDENTITY(1,1) NOT NULL, Name_Strategy nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Strategy nvarchar (400) NULL, Strategy_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Strategy_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Strategy PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Strategy) ) CREATE TABLE T_Device ( ID_Device bigint IDENTITY(4001,1) NOT NULL, Name_Device nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Device nvarchar (400) NULL, Charakteristics_Device nvarchar (400) NULL, ID_Image bigint NULL, Device_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Device_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_Device PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Device) ) CREATE TABLE T_Material ( ID_Material bigint IDENTITY(3001,1) NOT NULL, Name_Material nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Material nvarchar (400) NULL, Charakteristics_Material nvarchar (400) NULL, ID_Image bigint NULL, Material_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Material_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_Material PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Material) ) Прилози 7-11 CREATE TABLE T_Sample( ID_Sample bigint IDENTITY(5001,1) NOT NULL, Name_Sample nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Sample nvarchar (400) NULL, ID_Material bigint NOT NULL, Unit_Sample nvarchar (50) NULL, Length_Sample int NULL, Width_Sample int NULL, Height_Sample int NULL, Cal1_Sample int NULL, Cal1Boring_Sample int NULL, Cal2_Sample int NULL, Cal2Boring_Sample int NULL, ID_Image bigint NULL, Sample_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Sample_Sample_CreateDate DEFAULT (getdate()), ID_State bigint NULL, CONSTRAINT pk_T_Sample PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Sample), CONSTRAINT fk_T_Sample_ID_Material FOREIGN KEY (ID_Material) REFERENCES T_Material (ID_Material) ) CREATE TABLE T_Measurement_Type ( ID_Measurement_Type int IDENTITY(1,1) NOT NULL, Type_Description nvarchar(20) NOT NULL, Type_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Type_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Measurement_Type PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement_Type)) CREATE TABLE T_Measurement ( ID_Measurement bigint IDENTITY(100,1) NOT NULL, Name_Measurement nvarchar (200) NOT NULL, Name_ImportFile nvarchar (200) NOT NULL, Comment_Measurement nvarchar (400) NULL, X_Axis_Unit nvarchar (20) NULL, X_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y_Axis_Unit nvarchar (20) NULL, Y1_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y1_Axis_ID_Signal bigint NULL, Y2_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y2_Axis_ID_Signal bigint NULL, Y3_Axis_Label nvarchar (80) NULL, Y3_Axis_ID_Signal bigint NULL, Z_Axis_Unit nvarchar (20) NULL, Z_Axis_Label nvarchar (80) NULL, ID_Sample bigint NOT NULL, ID_Strategy bigint NULL, ID_Image bigint NULL, Measurement_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Measurement_CreateDate DEFAULT (getdate()), Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-12 ID_UserCreate uniqueidentifier NULL, ID_State bigint NULL, ID_Measurement_Type int NOT NULL, CONSTRAINT pk_T_Measurement PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Sample FOREIGN KEY (ID_Sample) REFERENCES T_Sample (ID_Sample), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Strategy FOREIGN KEY (ID_Strategy) REFERENCES T_Strategy (ID_Strategy), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Image FOREIGN KEY (ID_Image) REFERENCES T_Image (ID_Image), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_User FOREIGN KEY (ID_UserCreate) REFERENCES T_User (ID_User), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_State FOREIGN KEY (ID_State) REFERENCES T_State (ID_State), CONSTRAINT fk_T_Measurement_ID_Type FOREIGN KEY (ID_Measurement_Type) REFERENCES T_Measurement_Type (ID_Measurement_Type), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Y1_Axis_ID_Signal FOREIGN KEY (Y1_Axis_ID_Signal) REFERENCES T_Signal (ID_Signal), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Y2_Axis_ID_Signal FOREIGN KEY (Y2_Axis_ID_Signal) REFERENCES T_Signal (ID_Signal), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Y3_Axis_ID_Signal FOREIGN KEY (Y3_Axis_ID_Signal) REFERENCES T_Signal (ID_Signal) ) CREATE TABLE T_Measurement_Device ( ID_Measurement bigint NOT NULL, ID_Device bigint NOT NULL, ID_Image bigint NULL, Measurement_Device_CreateDate datetime NOT NULL CONSTRAINT df_T_Measurement_Device_CreateDate DEFAULT (getdate()), CONSTRAINT pk_T_Measurement_Device PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement, ID_Device), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Device_ID_Measurement FOREIGN KEY (ID_Measurement) REFERENCES T_Measurement (ID_Measurement), CONSTRAINT fk_T_Measurement_Device_ID_Signal FOREIGN KEY (ID_Device) REFERENCES T_Device (ID_Device) ) CREATE TABLE T_MeasurementDataXYZ ( ID_Measurement bigint NOT NULL, Measurement_Counter int NOT NULL, X_Axis_Value int NOT NULL, Y1_Axis_Value int NULL, Y2_Axis_Value int NULL, Y3_Axis_Value int NULL, Z_Axis_Value int NOT NULL, CONSTRAINT pk_T_MeasurementDataXYZ PRIMARY KEY CLUSTERED (ID_Measurement, Measurement_Counter), CONSTRAINT fk_T_MeasurementDataXYZ_ID_Measurement FOREIGN KEY (ID_Measurement) REFERENCES T_Measurement (ID_Measurement)) Прилози 7-13 Софтверски код класе ModulPristupBazi_OsnovnaKlasa using System; using System.Collections; using System.Configuration; using System.Data; using System.Data.SqlClient; using System.IO; namespace BazaPodataka.OsnovnaKlasa { public class ModulPristupBazi_OsnovnaKlasa { public bool UpisUBazuPodataka(String sSQLString) { bool povratak = false; SqlConnection sKonekcija = new SqlConnection(KonekcijaDB()); SqlCommand komanda = new SqlCommand(); komanda.CommandTimeout = 0; komanda.Connection = sKonekcija; sKonekcija.Open(); komanda.CommandText = sSQLString; komanda.ExecuteNonQuery(); povratak = true; sKonekcija.Close(); return povratak; } public DataSet odabirIzBazeTipaDataSet(String sSQLString, String sTableName) { SqlConnection sKonekcija = new SqlConnection(KonekcijaDB()); SqlDataAdapter daDataadapter = new SqlDataAdapter(); DataSet povratakDS = new DataSet(); SqlCommand komanda = sKonekcija.CreateCommand(); komanda.CommandTimeout = 0; komanda.CommandText = sSQLString; daDataadapter.SelectCommand = komanda; sKonekcija.Open(); daDataadapter.Fill(povratakDS, sTableName); sKonekcija.Close(); return povratakDS; } public Int64 OdabirIzBazeTipaLong(String sSQLString) { SqlConnection sKonekcija = new SqlConnection(KonekcijaDB()); Int64 povratakLong = -1; SqlCommand komanda = sKonekcija.CreateCommand(); komanda.CommandTimeout = 0; komanda.CommandText = sSQLString; sKonekcija.Open(); povratakLong = (Int64)komanda.ExecuteScalar(); sKonekcija.Close(); return povratakLong;} public Boolean OdabirIzBazeTipaBoolean(String sSQLString) { SqlConnection sKonekcija = new SqlConnection(KonekcijaDB()); Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-14 Boolean povratak = false; Object objekat = null; SqlCommand komanda = sKonekcija.CreateCommand(); komanda.CommandTimeout = 0; komanda.CommandText = sSQLString; sKonekcija.Open(); objekat = komanda.ExecuteScalar(); povratak = Convert.ToBoolean(objekat); sKonekcija.Close(); return povratak; } protected String KonekcijaDB() { String NizS = ConfigurationManager.ConnectionStrings["konekcijadbktud"].ConnectionString; return NizS; } } } Софтверски код класе DAL_3D using System; using System.Data; using System.Data.SqlClient; using BazaPodataka.OsnovnaKlasa; namespace Metode3D.DAL { public partial class DAL_3D : ModulPristupBazi_OsnovnaKlasa { // odabiranje pojedinaènog merenja za prikaz u padajuæoj listi na GUI public DataSet odabir3DMerenja() { DataSet povratakDS; try { string upit = @"select * from T_Measurement where ID_Measurement_Type = 3 and Name_ImportFile like 'al%' and Name_ImportFile not like '%CEP%' order by Name_Measurement"; return povratakDS = odabirIzBazeTipaDataSet(upit, "Files"); } catch (Exception e) { return null; } } // odabiranje vrsta signalnih oblika: sinusni, pravougaoni, testerasti public DataSet odabir3DVrstaSignala() { DataSet povratakDS; try { string upit = @"select ID_Signal, Name_Signal from T_Signal"; return povratakDS = odabirIzBazeTipaDataSet(upit, "Signals"); } catch (Exception e) { return null; } } // odabiranje vrednosti napona odasiljaca iz tabele T_MeasurementDataXYZ, // u zavisnosti od FileId public DataSet odabir3DNaponaOdasiljaca(int fileId) { DataSet povratakDS = new DataSet(); try { string upit = @"select distinct(Z_Axis_Value) from T_MeasurementDataXYZ where ID_measurement =" + fileId; return povratakDS = odabirIzBazeTipaDataSet(upit, "Values"); } catch (Exception e) { return null; } } Прилози 7-15 // uzimanje vrednosti napona za crtanje 3D iz tabele T_MeasurementDataXYZ, koje // je generisala prijemna glava // kada je napon pobude odašiljaèa S1 imao signalni oblik sinusoide public DataSet uzimanje3DVrednosti_Y1(decimal ZAxisValue, int fileId, int tabela) { DataSet povratakDS = new DataSet(); try { string upit = "select X_Axis_Value as pritisak, Y1_Axis_Value as napon_pi, Z_Axis_Value as napon_s1" + " from T_MeasurementDataXYZ where Z_Axis_Value = " + ZAxisValue + "and ID_Measurement ='" + fileId + "'"; return povratakDS = odabirIzBazeTipaDataSet(upit, "project" + tabela); } catch (Exception e) { return null; } } // uzimanje vrednosti napona za crtanje 3D iz tabele T_MeasurementDataXYZ, koje // je generisala prijemna glava // kada je napon pobude odašiljaèa S1 imao pravougaoni signalni oblik public DataSet uzimanje3DVrednosti_Y2(decimal ZAxisValue, int fileId, int tabela) { DataSet povratakDS = new DataSet(); try { string upit = "select X_Axis_Value as pritisak, Y2_Axis_Value as napon_pi, Z_Axis_Value as napon_s1" + " from T_MeasurementDataXYZ where Z_Axis_Value = " + ZAxisValue + "and ID_Measurement ='" + fileId + "'"; return povratakDS = odabirIzBazeTipaDataSet(upit, "project" + tabela); } catch (Exception e) { return null; } } // uzimanje vrednosti napona za crtanje 3D iz tabele T_MeasurementDataXYZ, koje // je generisala prijemna glava // kada je napon pobude odašiljaèa S1 imao testerasti signalni oblik public DataSet uzimanje3DVrednosti_Y3(decimal ZAxisValue, int fileId, int tabela) { DataSet povratakDS = new DataSet(); try { string upit = "select X_Axis_Value as pritisak, Y3_Axis_Value as napon_pi, Z_Axis_Value as napon_s1" + " from T_MeasurementDataXYZ where Z_Axis_Value = " + ZAxisValue + "and ID_Measurement ='" + fileId + "'"; return povratakDS = odabirIzBazeTipaDataSet(upit, "project" + tabela); } catch (Exception e) { return null; } } // uzimanje naziva merenja i oznaka osa u zavisnosti pojedinaènog odabranog // merenja public DataSet uzimanjeNazivaMerenjaIOsa(int fileId) { DataSet povratakDS = new DataSet(); try { string upit = @"select * from T_Measurement where ID_Measurement = '" + fileId + "'"; return povratakDS = odabirIzBazeTipaDataSet(upit, "labels"); } catch (Exception e) { return null; } } } } } Електронско и софтверско решење квадрофонске трансмисионе ултразвучне дефектоскопије у примени на директно ласерски синтерованим материјалима 7-16 Софтверски код класе project3D using System; using System.Collections.Generic; using System.Web; using System.Web.UI; using System.Web.UI.WebControls; using System.ComponentModel; using System.Data.SqlClient; using System.Data; using globalstructures; using Metode3D.BusinessLogic; namespace Materijali { public partial class project3D : System.Web.UI.Page { private BL3DMetode bl_project; private DataSet dsMerenja; private DataSet dsSignali; // konstruktor public project3D() { bl_project = new BL3DMetode(); } // events protected void Page_Load(object sender, EventArgs e) { if (!IsPostBack) { ddl_Merenja.Items.Clear(); ListItem liFile = new ListItem("-Izaberite osnovno merenje-", "0"); ddl_Merenja.Items.Add(liFile); } dsMerenja = new DataSet(); dsMerenja = bl_project.odabir3DMerenja(); // dataset sa excehsheet-ovima if (ddl_Merenja.Items.Count == 1) { foreach (DataRow dr in dsMerenja.Tables["Files"].Rows) { ListItem li = new ListItem(dr["Name_Measurement"].ToString().Trim(), dr["ID_Measurement"].ToString()); ddl_Merenja.Items.Add(li); } } } protected void ddl_Merenja_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) { if (ddl_Merenja.SelectedItem.Value != "0") { Session["s_osnovnoMerenje"] = Convert.ToInt32(ddl_Merenja.SelectedItem.Value); Session["s_nazivMerenja"] = Convert.ToString(ddl_Merenja.SelectedItem.Text); ddl_vrsteSignala.Enabled = true; ddl_vrsteSignala.Items.Clear(); ddl_vrsteSignala.Items.Add("-Izaberite vrstu signala-"); dsSignali = bl_project.odabir3DVrstaSignala(); Прилози 7-17 // uzimanje postojecih signala DataRow[] drr = dsMerenja.Tables["Files"].Select("ID_Measurement = " + ddl_Merenja.SelectedItem.Value); string id1 = "", id2 = "", id3 = ""; if(drr[0]["Y1_Axis_ID_Signal"] != null) id1 = drr[0]["Y1_Axis_ID_Signal"].ToString(); if (drr[0]["Y2_Axis_ID_Signal"] != null) id2 = drr[0]["Y2_Axis_ID_Signal"].ToString(); if (drr[0]["Y3_Axis_ID_Signal"] != null) id3 = drr[0]["Y3_Axis_ID_Signal"].ToString(); // upisivanje signala u listu u zavisnosti od toga da li su ti signali korisceni pri // odabranom merenju if (id1 != "") { ListItem li1 = new ListItem(); DataRow[] dr1 = dsSignali.Tables["Signals"].Select("ID_Signal = " + id1); li1.Text = dr1[0]["Name_Signal"].ToString(); li1.Value = id1; ddl_vrsteSignala.Items.Add(li1); } if (id2 != "") { ListItem li2 = new ListItem(); DataRow[] dr2 = dsSignali.Tables["Signals"].Select("ID_Signal = " + id2); li2.Text = dr2[0]["Name_Signal"].ToString(); li2.Value = id2; ddl_vrsteSignala.Items.Add(li2); } if (id3 != "") { ListItem li3 = new ListItem(); DataRow[] dr3 = dsSignali.Tables["Signals"].Select("ID_Signal = " + id3); li3.Text = dr3[0]["Name_Signal"].ToString(); li3.Value = id3; ddl_vrsteSignala.Items.Add(li3); } } else { ddl_vrsteSignala.SelectedIndex = 0; ddl_vrsteSignala_SelectedIndexChanged(null, null); ddl_vrsteSignala.Enabled = false; crtanjeDiagrama.Enabled = false; } } protected void ddl_vrsteSignala_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) { if (ddl_vrsteSignala.SelectedIndex != 0) { Session["s_vrstaSignala"] = Convert.ToDecimal(ddl_vrsteSignala.SelectedItem.Value); generisanjeLinkaZaCrtanje(); } else crtanjeDiagrama.Enabled = false; } private void generisanjeLinkaZaCrtanje() { crtanjeDiagrama.Enabled = true; int idMerenja = Convert.ToInt32(Session["s_osnovnoMerenje"]); string nazivMerenja = Convert.ToString(Session["s_nazivMerenja"]); decimal vrstaSignala = Convert.ToDecimal(Session["s_vrstaSignala"]); crtanjeDiagrama.NavigateUrl = "newDiagram3D.aspx?vrstaSignala=" + vrstaSignala + "&idMerenja=" + idMerenja + "&nazivMerenja=" + nazivMerenja; } } }