Nghiên cứu giải pháp tự động đo kiểm tra độ mòn bồn chứa xăng dầu sử dụng robot mang đầu dò siêu âm

• Tác giả: Tô Thanh Tuần
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Giải Pháp Tự Động Đo Kiểm Độ Mòn Bồn Chứa Xăng Dầu Bằng Robot Siêu Âm
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lời cam đoan
• Lời cảm ơn
• Tóm tắt
• Mục lục
• Danh sách các chữ viết tắt
• Danh sách các hình
• Danh sách các bảng
• MỞ ĐẦU
• 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 3. Kết cấu của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Các phương pháp đo mòn và bản đồ mòn
• 1.1.1. Phương pháp siêu âm thông thường
• 1.1.2. Phương pháp siêu âm PA
• 1.1.3. Phương pháp 3D Scanner
• 1.1.4. Xây dựng bản đồ ứng dụng công nghệ PA
• 1.2. Thực trạng đo kiểm mòn bồn chứa ở Việt Nam
• 1.3. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3.1. Các nghiên cứu nước ngoài
• 1.3.2. Các nghiên cứu trong nước
• 1.4. Các tồn tại, định hướng và nội dung nghiên cứu
• 1.4.2. Định hướng nghiên cứu và nội dung nghiên cứu
• 1.5. Mục tiêu, phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6.1. Phương pháp thu thập thông tin
• 1.6.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 1.6.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 1.4. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 1.4.1. Thu thập dữ liệu theo 1 trục
• 1.4.2. Thu thập dữ liệu theo 2 trục
• 1.5. Phân tích hình ảnh độ mòn thu thập
• 1.5.1. Phạm vi chiều dày C-Scan
• 1.5.2. Bảng màu C-Scan
• 1.5.3. Các giá trị của độ mòn
• 1.5.4. Báo cáo kết quả siêu âm ăn mòn
• 2. CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM ĐO KIỂM TRA ĐỘ MÒN BỒN CHỨA
• 2.1. Đề xuất thông số kỹ thuật thiết kế, chế tạo robot mang đầu dò siêu âm
• 2.1.1. Yêu cầu kỹ thuật cần có của robot mang đầu dò siêu âm
• 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của robot
• 2.1.3. Mô hình thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot
• 2.1.4. Cơ sở định vị đầu dò siêu âm PA
• 2.1.5. Kiểm nghiệm độ tin cậy robot
• 2.1.5.1. Robot di chuyển theo phương thẳng đứng
• 2.1.5.2. Robot di chuyển theo phương thẳng ngang
• 2.1.5.3. Robot di chuyển theo phương thẳng xiên
• 2.2. Lập sơ đồ trải phân mảnh và xác định diện tích quét trên bồn chứa
• 2.3. Định vị robot trên bồn chứa
• 2.4. Đề xuất quy trình đo mòn bằng phương pháp siêu âm PA
• 2.4.1. Mục tiêu và phạm vi ứng dụng
• 2.4.2. Tiêu chuẩn áp dụng
• 2.4.3. Trình độ kỹ thuật viên
• 2.4.4. Thiết bị kiểm tra siêu âm tổ hợp pha
• 2.4.5. Đầu dò và ghi nhận dữ liệu
• 2.4.6. Chất tiếp âm
• 2.4.9. Chuẩn bị bề mặt
• 2.4.10. Kỹ thuật quét
• 2.4.11. Báo cáo/đánh giá kết quả thu thập
• 2.4.12. Tài liệu lưu trữ
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN QUÃNG ĐƯỜNG DI CHUYỂN NGẮN NHẤT
• 3.1. Bài toán tối ưu toàn cục trên bồn chứa
• 3.2. Giới thiệu các phương án di chuyển
• 3.3. Bài toán tìm thời gian di chuyển
• 3.4. Thuật toán tối ưu bầy đàn PSO
• 3.4.1. Giới thiệu thuật toán PSO
• 3.4.2. Xây dựng hàm mục tiêu
• 3.4.3. Giải thuật tối ưu PSO
• 3.4.4. Mô phỏng thuật toán PSO bằng Matlab
• 3.4.5. Đề xuất phương án quét dựa trên kết quả PSO
• 3.4.6. Thử nghiệm robot theo phương án di chuyển PSO tìm được
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BÀI TOÁN GHÉP ẢNH MÒN
• 4.1. Nghiên cứu xây dựng bài toán ghép ảnh
• 4.1.1. Hình ảnh và quá trình xử lý ảnh
• 4.1.2. Ảnh nhị phân
• 4.1.3. Quá trình xử lý ảnh
• 4.2. Phân tích, đánh giá dữ liệu hình ảnh thu thập được
• 4.3. Phương án quét thu thập ảnh mòn
• 4.4. Phân tích hiện trạng dữ liệu ảnh mòn thu được
• 4.2. Xây dựng bản đồ mòn sử dụng phần mềm Matlab
• 4.2.1. Giải thuật ghép ảnh
• 4.2.2. Đề xuất chức năng phần mềm ghép ảnh
• 4.2.3. Đề xuất giao diện phần mềm ghép ảnh
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐO KIỂM VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ MÒN
• 5.1. Thiết kế, chế tao mô hình bồn chứa
• 5.1.1. Thiết kế mô hình bồn chứa
• 5.1.2. Chế tạo mô hình bồn chứa
• 5.2. Thực nghiệm đo kiểm độ mòn
• 5.2.1. Vật liệu và thiết bị thí nghiệm
• 5.2.2. Khuyết tật mòn và tạo lưới trên mô hình bồn chứa
• 5.2.3. Hiệu chuẩn thiết bị
• 5.2.4. Phương án quét trên mô hình bồn chứa
• 5.3. Thực nghiệm xây dựng bản đồ mòn
• 5.3.1. Xây dựng bản đồ mòn
• 5.3.2. Kết quả và bàn luận
• 5.3.4. So sánh kết quả với thực nghiệm đo độ mòn bằng tay
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Tài liệu tham khảo
• Danh mục các công trình đã công bố của luận án
• Phụ lục 1: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot mang đầu dò siêu âm PA
• Phụ lục 2: Báo cáo kết quả thực nghiệm siêu âm tổ hợp pha (PAUT)
• Phụ lục 3: Code Matlab thuật toán PSO
• Phụ lục 4: Thuật toán và code Matlab tạo lập bản đồ mòn

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp tự động đo kiểm độ mòn bồn chứa xăng dầu

Giải pháp tự động đo kiểm độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng robot siêu âm đang trở thành xu hướng trong ngành công nghiệp. Công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá tình trạng bồn chứa. Việc áp dụng robot mang đầu dò siêu âm PAUT (Phased Array Ultrasonic Testing) cho phép thực hiện các phép đo một cách nhanh chóng và hiệu quả.

1.1. Công nghệ siêu âm trong đo kiểm độ mòn

Công nghệ siêu âm đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả trong việc đo kiểm độ mòn. Đặc biệt, phương pháp PAUT cho phép thu thập dữ liệu chính xác về tình trạng bồn chứa xăng dầu.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng robot trong đo kiểm

Việc sử dụng robot trong đo kiểm giúp giảm thiểu rủi ro cho con người, đồng thời tăng cường độ chính xác và hiệu quả trong quá trình kiểm tra độ mòn bồn chứa.

II. Vấn đề và thách thức trong đo kiểm độ mòn bồn chứa

Mặc dù công nghệ đo kiểm hiện đại đã được phát triển, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc thực hiện đo kiểm độ mòn bồn chứa xăng dầu. Các vấn đề như độ chính xác của thiết bị, thời gian thực hiện và khả năng tiếp cận các khu vực khó khăn vẫn là những trở ngại lớn.

2.1. Độ chính xác trong đo kiểm

Độ chính xác của các phép đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kỹ năng của kỹ thuật viên và chất lượng thiết bị. Việc sử dụng robot có thể cải thiện đáng kể độ chính xác này.

2.2. Thời gian thực hiện đo kiểm

Thời gian thực hiện đo kiểm bằng phương pháp thủ công thường kéo dài, gây ảnh hưởng đến quy trình sản xuất. Giải pháp tự động hóa giúp rút ngắn thời gian này.

III. Phương pháp giải pháp tự động đo kiểm độ mòn bồn chứa

Giải pháp tự động đo kiểm độ mòn bồn chứa xăng dầu sử dụng robot mang đầu dò siêu âm PAUT đã được nghiên cứu và phát triển. Quy trình này bao gồm các bước từ lập kế hoạch di chuyển của robot đến thu thập và phân tích dữ liệu.

3.1. Quy trình thực nghiệm đo độ mòn

Quy trình thực nghiệm bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật cho robot và lập kế hoạch di chuyển để tối ưu hóa thời gian và độ chính xác trong đo kiểm.

3.2. Ứng dụng thuật toán PSO trong điều khiển robot

Thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) được áp dụng để tìm ra quãng đường di chuyển ngắn nhất cho robot, giúp tối ưu hóa quá trình đo kiểm.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp tự động đo kiểm độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng robot siêu âm mang lại hiệu quả cao. Các phép đo thu được có độ chính xác cao và thời gian thực hiện được rút ngắn đáng kể.

4.1. Kết quả thực nghiệm đo kiểm

Các kết quả thực nghiệm cho thấy robot mang đầu dò PA thực hiện tốt việc di chuyển và thu thập dữ liệu, đạt được độ tin cậy cao trong các phép đo.

4.2. So sánh với phương pháp thủ công

Kết quả đo kiểm bằng robot gần như tương đồng với kết quả thực hiện thủ công, cho thấy tính khả thi và hiệu quả của giải pháp tự động hóa.

V. Kết luận và tương lai của giải pháp tự động đo kiểm

Giải pháp tự động đo kiểm độ mòn bồn chứa xăng dầu bằng robot siêu âm không chỉ mang lại lợi ích về thời gian và độ chính xác mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến.

5.1. Tương lai của công nghệ đo kiểm

Công nghệ đo kiểm tự động sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, với mục tiêu nâng cao độ chính xác và giảm thiểu rủi ro cho con người.

5.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Giải pháp này có thể được áp dụng không chỉ trong ngành dầu khí mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như xây dựng, sản xuất và bảo trì thiết bị.