Nghiên cứu giải pháp đo kiểm tra đánh giá độ mòn bồn chứa xăng dầu dung tích lớn bằng robot siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---oo0oo--- TÔ THANH TUẦN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐO KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ ĐỘ MÒN BỒN CHỨA XĂNG DẦU DUNG TÍCH LỚN SỬ DỤNG ROBOT MANG ĐẦU DÒ SIÊU ÂM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH --- oOo --- TÔ THANH TUẦN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐO KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ ĐỘ MÒN BỒN CHỨA XĂNG DẦU DUNG TÍCH LỚN SỬ DỤNG ROBOT MANG ĐẦU DÒ SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 9520103 Hướng dẫn khoa học 1: PGS. Đặng Thiện Ngôn Hướng dẫn khoa học 2: PGS. Lê Chí Cương Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: TP.

HCM, tháng 08 năm 2021 LÝ LỊCH CÁ NHÂN I. THÔNG TIN CÁ NHÂN - Họ và tên: Tô Thanh Tuần - Ngày sinh: 04/12/1981 - Nơi sinh: Đồng Nai - Nam/Nữ: Nam - Địa chỉ: Tổ 8, Ấp Hiền Hòa, Phước Thái, Long Thành, Đồng Nai. - Điện thoại: 0909302901 - Email: tothanhtuan81@yahoo.com - Cơ quan - nơi làm việc: Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc tế LILAMA2 - Địa chỉ cơ quan: Km 32, QL51, Long Phước, Long Thành, Đồng Nai. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ 2000-2005: Sinh viên ngành Thiết kế máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.

- Từ 2009-2011: Học viên cao học ngành Kỹ thuật cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. - Từ 2013 - nay: Nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - Từ 2006 – nay: Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc tế LILAMA2. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 8 năm 2021 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Tô Thanh Tuần i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 8 năm 2021 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Tô Thanh Tuần ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các giảng viên hướng dẫn Thầy PGS. Đặng Thiện Ngôn và PGS. Lê Chí Cương nhờ những định hướng, gợi ý nghiên cứu hết sức quý báu, những chỉ dẫn cụ thể và những ý kiến phản biện của quý Thầy đã giúp tôi hoàn thành luận án.

Một lần nữa xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy. Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả Thầy/Cô khoa Cơ khí Chế tạo máy trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM đã truyền đạt các kiến thức nền tảng quý báu từ các học phần tiến sĩ, nhờ những kiến thức nền tảng này mà tôi mới có thể thực hiện được công việc nghiên cứu. Xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy/Cô trong hội đồng đánh giá chuyên đề của luận án, những ý kiến phản biện và góp ý đã giúp tôi rất nhiều trong việc chỉnh sửa và hoàn chỉnh luận án của mình.

Xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, Khoa Cơ khí chế tạo máy, nhóm NCTĐ Kỹ thuật Cơ khí và Môi trường (REME LAB) đã hỗ trợ cho nghiên cứu sinh trong vệc nghiên cứu và thí nghiệm. Xin cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao đẳng Công nghệ Quốc tế LILAMA2, các bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ và chia sẻ kinh nghiệm để tôi có thể thực hiện công việc nghiên cứu một cách thuận lợi nhất. Xin trân trọng cảm ơn công ty Giải pháp Kiểm định Việt Nam (VISCO NDT) đã hỗ trợ thiết bị NDT và tư vấn kỹ thuật cho công việc nghiên cứu và thực nghiệm.

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia đình và người thân luôn chia sẽ mọi khó khăn và là chỗ dựa vững chắc về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Tô Thanh Tuần iii TÓM TẮT Hiện nay công nghệ đo kiểm bằng phương pháp siêu âm tổ hợp pha (PAUT) đã và đang được ứng dụng trong việc đo kiểm đánh giá độ mòn bồn chứa xăng dầu có độ tin cậy và hiệu quả cao. Tuy nhiên, công việc đo kiểm độ mòn bồn chứa hiện nay vẫn đang được tiến hành một cách thủ công mất nhiều thời gian, độ chính xác phụ thuộc vào trình độ tay nghề của kỹ thuật viên siêu âm. Ngoài ra, do phải phụ thuộc vào các dụng cụ gá đặt, giàn giáo nên chủ yếu chỉ triển khai đo kiển tra mòn ở một số khu vực của bồn nên không thể xây dựng được bản đồ mòn tổng thể để có được kết quả đành giá chính xác về chất lượng của bồn.

Để rút ngắn thời gian đo kiểm đánh giá độ mòn và cho phép đánh giá tổng thể về độ mòn của bồn cũng như từng bước tự động hoá công việc đo kiểm, luận án “Nghiên cứu giải pháp đo kiểm tra đánh giá độ mòn bồn chứa xăng dầu dung tích lởn sử dụng robot mang đầu dò siêu âm” đã được thực hiện định hướng các nội dung chính sau: 1. Đề xuất quy trình thực nghiệm đo độ mòn ứng dụng kỹ thuật kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (PAUT) sử dụng robot mang đầu dò siêu âm PA được chứng nhận để đo độ mòn bồn chứa xăng dầu dung tích lớn. Đề xuất yêu cầu kỹ thuật cho robot mang đầu dò siêu âm PA thực hiện kiểm tra đánh giá độ mòn bồn chứa xăng dầu dung tích lớn. Xác định quảng đường di chuyển ngắn nhất của robot khi tiến hành mang đầu dò siêu âm PA kiểm tra mòn bồn chứa trên cơ sở thuật toán PSO.

Kết quả tính toán được mô phỏng trên phần mềm MATLAB và được kiểm chứng bằng thực nghiệm trên mô hình bồn chứa. Đề xuất giải pháp “quét chồng biên ảnh”, trong đó ảnh thứ (i) có biên ảnh bên phải trùng với biên ảnh bên trái của ảnh thứ (i+1) với độ rộng 5 mm để có thể tìm ảnh, so khớp biên ảnh xác định các ảnh liền kề nhau nhằm phục vụ cho việc ghép ảnh xây dựng tạo lập bản đồ mòn. Trên cơ sở giải pháp “quét chồng biên ảnh” và phương án đường di chuyển ngắn nhất, đề xuất phương án điều khiển robot mang đầu dò siêu âm PA thực hiện kiểm tra mòn để thu thập ảnh mòn C-Scan của bồn chứa kiểm tra. Bên cạnh đó, việc chia lưới bồn chứa thành các khu vực 1000 x 1000 mm2 để triển khai công việc đo iv kiểm tra siêu âm mòn có độ chính xác cao nhờ xác định, điều chỉnh chính xác tọa độ của robot cũng như thứ tự các lượt quét, kế hoạch hoá việc đo kiểm tra siêu âm mòn bồn chứa cũng được đề xuất.

Xây dựng phần mềm ghép ảnh tạo dựng bản đồ mòn ứng dụng phần mềm MATLAB từ dữ liệu hình ảnh C-Scan thu thập được từ quá trình thực nghiệm đo mòn bằng phương pháp kiểm tra siêu âm PA. Phần mềm cũng cung cấp tính năng phân tích, xác định chính xác các thông số mòn như: vị trí, độ sâu và diện tích của khuyết tật mòn. Kết quả đo kiểm độ mòn sử dụng robot mang đầu dò siêu âm PA ứng dụng quảng đường ngắn nhất tìm được theo thuật toán PSO được thực nghiệm kiểm tra trên mô hình bồn chứa được chế tạo theo tiêu chuẩn API 650:2016 và phần mềm ghép ảnh mòn đã phát triển đã mang đến các kết quả sau: - Robot mang đầu dò PA thực hiện tốt việc di chuyển theo phương án quảng đường ngắn nhất tìm được trên cơ sở thuật toán PSO. - Các ảnh mòn thu thập được có chất lượng gần như tương đồng nhau đạt 95% khoảng tin cậy của phép đo; - Giải pháp quét chồng biên ảnh giúp phần mềm ghép ảnh hoạt động hiệu quả, nhanh chóng xác định được các ảnh kề liền nhau và xây dựng được bản đồ mòn tổng thể; - Kết quả phân tích đánh giá độ mòn từ phần mềm phát triển trên cơ sở các kết quả 5 lần thực nghiệm (tương ứng 5 bản đồ mòn) gần như tương đồng nhau.

Kết quả này cũng được so sánh cho thấy đồng nhất với kết quả được thực hiện thủ công do công ty Giải pháp Kiểm định Việt Nam (VISCO NDT) thực hiện. v ABSTRACT Nowadays, Phased Array Ultrasound Testing (PAUT) has been applied in the measurement and testing the corrosion fuel tank with high reliability and efficiency. However, tank corrosion testing is still measured manually, takes a long time, the accuracy depends on the skill level of the ultrasonic technician. In addition, due to the dependence on the mounting tools, scaffolding, corrosion test is mainly deployed in some areas of the tank, so it is impossible to build a general corrosion map to get exactly results about the quality of the tank.

In order to shorten the corrosion measurement and evaluation of time and allow an overall assessment of the corrosion of the tank, the thesis “Research on measurement and evaluation solution of corrosion for fuel tanks using robots carrying ultrasonic probes” was carried out with orientation of the following main contents: 1. The experimental procedure corrosion measurement proposed and applied ultrasonic technique using a robot carrying ultrasonic phased-array probe to measure the corrosion on fuel tank. Proposing the technical requirements for the robot carrying the ultrasonic probe PA to perform the measurement and evaluation the corrosion of the fuel tank. Determining the shortest movement distance of the robot when carrying the ultrasonic probe PA to test corrosion tank based on PSO algorithm.

Calculation results were simulated on MATLAB software and verified experimentally on tank model. Proposing the solution of scanning image overlap edge, the image ith has the right edge of the image to the left of the secondary image (i + 1)th with the width of 5 mm to compare edge images; Determining adjacent images for image merging to create corrosion map. Basing on the solution of "scanning image overlap edge" and the shortest path planning, proposing the plan to control the robot with the ultrasonic probe PA to perform the corrosion test to collect the C-Scan corrosion image of the fuel tank. In addition, meshing the tank is divided into 1000 x 1000 mm2 areas to deploy high accuracy corrosion ultrasonic testing by accurately identifying and vi adjusting the robot's coordinates as well as the order of scan times, and a plan for an ultrasonic tank corrosion test is also proposed.

Building image merging software to create corrosion maps applying MATLAB software from C-Scan image data collected from the PA ultrasonic testing method. The software also function analysis and accurate determination of corrosion parameters such as location, depth and area of corrosion defects.