Luận văn Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THÀNH DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT LINH HOẠT NHẰM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 5 1 7 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THÀNH DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT LINH HOẠT NHẰM KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THÀNH DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT LINH HOẠT NHẰM KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS-TS. LÊ CHÍ CƢƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: PHAN THÀNH DUY Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02 tháng 10 năm 1987 Nơi sinh: Ninh Thuận Quê quán: Phƣớc Sơn – Ninh Phƣớc – Ninh Thuận Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: : Ninh Quý-Phƣớc Sơn–Ninh Phƣớc–Ninh Thuận Điện thoại cơ quan Điện thoại: 0977665571 Fax: E-mail: phanthanhduy87@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 08/2006 đến 08/ 2008 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Tp.HCM Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 08/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 2013 Ngƣời hƣớng dẫn: 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 05 / 2014 đến 05 / 2016 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống”. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 22 /4/2017. Trƣờng ĐHSPKT.TpHCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS. Lê Chí Cƣơng 4. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Tại (trƣờng, viện, nƣớc): i
5. Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: 5. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu) 6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 06/2013 đến Công Ty TNHH – TM – DV Minh Sáng Kỹ sƣ dự án 08/2016 08/2016 đến nay Trƣờng Đại Học Công Nghệ Đồng Nai Giảng viên Ngày tháng năm 2017 Ngƣời khai ký tên Phan Thành Duy ii
6. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 HỌC VIÊN Phan Thành Duy iii
7. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống”, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy cô, các công ty, bạn bè và gia đình, Vậy nay tôi: Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS. Lê Chí Cƣơng, đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc công ty TNHH Giải pháp kiểm định Việt (Visco) đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng ĐHSPKT TP. HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn cho tôi trong thời gian tôi học tập tại trƣờng. Xin cảm ơn anh Nguyễn Tấn Phùng đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Xin cảm ơn anh Huỳnh Trọng Đức - Giám đốc công ty TNHH Cơ Khí Biên Hòa đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình, ba mẹ, anh chị em đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên giúp tôi hoàn thành khóa học của mình. Xin chân thành cảm ơn! iv
8. TÓM TẮT Ngành công nghiệp dầu khí nƣớc ta có xu hƣớng phát triển ngày càng tăng kéo theo đó là các công trình xây dựng đƣờng ống dẫn dầu ngày càng nhiều. Do đó chất lƣợng đƣờng ống đƣợc đặt lên hàng đầu. Các khuyết tật trong quá trình chế tạo ống ảnh hƣởng đến chất lƣợng đƣờng ống chủ yếu là khuyết tật hàn và khuyết tật ăn mòn do tác động của môi trƣờng bên trong và bên ngoài đƣờng ống. Vì vậy, việc kiểm tra đánh giá chất lƣợng đƣờng ống dẫn định kỳ để kịp thời sửa chửa trở nên rất cấp thiết. Có nhiều phƣơng pháp kiểm tra độ ăn mòn nhƣ phƣơng pháp kiểm tra phá hủy và phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy. Phƣơng pháp siêu âm tổ hợp pha là một trong những phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy bằng đầu dò siêu âm, phƣơng pháp này đạt độ chính xác và năng suất cao. Ở nƣớc ta hiện nay các thiết bị mang đầu dò siêu âm để kiểm tra chất lƣợng bề mặt ống còn hạn chế, chủ yếu các thiết bị đƣợc nhập từ nƣớc ngoài, chi phí thiết bị cao và không chủ động công nghệ mỗi khi đƣờng ống gặp sự cố. Do vậy, việc chế tạo robot mang đầu dò siêu âm tổ hợp pha để kiểm tra và đánh giá chất lƣợng bề mặt ống có ý nghĩa rất to lớn và cấp thiết. Chính vì vậy, đề tài đã tiến hành khảo sát các loại thiết bị, các loại robot, phƣơng pháp và kỹ thuật đo bằng siêu âm để từ đó tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt kiểm tra chất lƣợng bề mặt ống nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội. v
9. SUMMARY The oil and gas industry of Vietnam tends to grow, which is followed by the construction of oil pipelines increasingly. Therefore quality pipe is placed on top. Defects in tube fabrication affect pipe quality, mainly of welding defects and corrosion defects, due to the impact of the internal and external piping environment. Therefore, periodic inspection and assessment of pipeline quality for timely repair becomes very urgent. There are various methods of corrosion testing such as destructive testing and non-destructive testing. Ultrasound combined method is phase one of the methods of nondestructive testing with ultrasound probe, this method accuracy and high productivity. In Vietnam, ultrasonic transducers are limited in terms of surface quality, mainly imported equipment and expensive equipment. Therefore, the manufacture of robots with ultrasound probe combination phase to test and evaluate the quality of tube surface is very significant and urgent. Therefore, the subject has conducted surveys of equipment, types of robots, methods and techniques of ultrasonic measurement from which to research, design and manufacture of flexible test robot test substance The surface of the tube to meet social needs. vi
10. MỤC LỤC Quyết định giao đề tài LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v SUMMARY vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xii DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH BẢNG xvii Chƣơng 1 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài 2 1.3.2. Tính thực tiễn của đề tài 2 1.4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2 1.5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 1.5.1. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài 2 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.6.1. Cơ sở phƣơng pháp luận 3 1.6.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 3 1.6.2.1. Phƣơng pháp phân tích lý thuyết 3 1.6.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm 3 1.7. Kết cấu của luận văn 3 Chƣơng 2 5 TỔNG QUAN 5 2.1. Ống dẫn 5 vii
11. 2.1.1. Phân loại ống thép 5 Quy trình sản xuất ống thép đúc 7 Quy trình sản xuất ống thép hàn 7 Quy trình sản xuất ống thép hàn loại lớn 7 Vật liệu chế tạo ống: 10 2.1.2. Các dự án trong nƣớc sử dụng đƣờng ống thép 11 2.2. Khuyết tật ăn mòn 15 2.2.1. Định nghĩa ăn mòn. 15 2.2.2. Phân loại ăn mòn 15 2.2.3. Phân loại mức độ chịu ăn mòn của vật liệu 15 2.2.4. Các dạng ăn mòn 16 2.2.4.1. Ăn mòn đều 16 2.2.4.2. Ăn mòn cục bộ 16 2.2.4.3. Ăn mòn lỗ (ăn mòn điểm - Pitting Corrosion) 17 2.2.4.4. Một số dạng ăn mòn khác 17 2.3. Kiểm tra mòn 19 2.4. Khuyết tật hàn 21 2.4.1 Định nghĩa 21 2.4.2. Các loại khuyết tật hàn 21 2.4.2.1. Nứt 21 2.4.2.2. Rỗ khí 23 2.4.2.3. Ngậm xỉ 24 2.4.2.4. Không ngấu 24 2.4.2.5. Chảy loảng 25 2.5. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 25 2.5.1. Các nghiên cứu ngoài nƣớc 25 2.5.1.1. Robot MINI Climber của IMC (International Climbing Machines) 25 2.5.1.2. Robot leo tƣờng của đai học Dalhouse 26 2.5.1.3. Robot ScoRpion B-Scan 27 2.5.1.4. Robot RMS2 28 2.5.1.5. TriPod của công ty Jireh 29 viii
12. 2.5.2. Các nghiên cứu trong nƣớc 30 2.6. Các vấn đề còn tồn tại và định hƣớng nghiên cứu 34 Chƣơng 3 35 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 3.1. Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy 35 3.1.1. Kiểm tra bằng thị giác và quang học 35 3.1.2. Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu (Penetrant Testing - PT) 36 3.1.3. Phƣơng pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ 37 3.1.4. Kiểm tra bằng bột từ 38 3.1.5. Kiểm tra bằng truyền âm 40 3.1.6. Phƣơng pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy 40 3.1.7. Kiểm tra bằng siêu âm 41 3.1.8. Siêu âm Phased Array (PA) 43 3.1.8.1. Thành phần cơ bản của hệ thống phased array 44 3.1.8.2. Đầu dò 45 3.1.8.3. Nêm đầu dò Phased array 47 3.1.8.4. Sự hình thành và điều khiển chùm tia 49 3.1.8.5. Quét chùm tia 50 3.1.8.6. Cơ sở hình ảnh phased array 51 3.1.8.7. Một số thiết bị siêu âm phased array kiểm tra độ mòn. 55 Chƣơng 4 60 YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 60 4.1. Phân tích đối tƣợng thiết kế 60 4.1.1. Thông số thiết kế 60 4.2. Phƣơng án thiết kế 63 4.2.1. Đề xuất phƣơng án bám dính 63 4.2.1.1. Phƣơng án 1 - Giác hút chân không 63 4.2.1.2. Phƣơng án 2 - Nam châm vĩnh cửu 63 4.2.1.3. Phƣơng án 3 - Nam châm điện 64 4.2.1.4. So sánh các phƣơng án và lựa chọn 65 4.2.2. Đề xuất kết cấu cơ cấu mang đầu dò 66 ix
13. 4.2.3. Đề xuất kết cấu tổng thể robot 67 Chƣơng 5 70 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ROBOT 70 5.1. Tính toán cơ khí 70 5.1.1. Tính toán lực hút nam châm 70 5.2. Tính toán chọn động cơ 72 5.2.1. Tính công suất động cơ 72 5.2.2. Tính số vòng quay và momen xoắn cho động cơ 73 5.2.3. Tính momen xoắn của trục động cơ 73 5.3. Thiết kế kết cấu cơ khí 74 5.4.1. Sơ đồ khối hệ thống và thuật toán điều khiển robot 75 5.4.2. Giới thiệu một số thành phần hệ thống 77 5.4.2.1. Mạch Arduino Uno R3 77 5.4.2.2. L298 Motor Shield 77 5.4.2.3. Bluetooth HC-05 78 5.4.2.4. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 79 5.5. Tổng hợp các thông số tính toán 80 Chƣơng 6 81 CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 81 6.1. Chế tạo và lắp ráp chi tiết 81 6.1.2. Quá trình chế tạo và lắp ráp đối với phƣơng án nam châm vĩnh cữu 81 6.1.2.2. Quá trình lắp ráp 90 6.2. Thử nghiệm 91 6.2.1. Thử nghiệm thiết bị 91 6.2.2. Thử nghiệm đo khuyết tật mối hàn 94 6.2.2.1. Kết quả đo 95 6.3. Giao diện điều khiển 97 Chƣơng 7 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 7.1. Kết luận. 100 7.2. Kiến nghị 100 x
14. TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 PHỤ LỤC 104 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT 104 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 106 xi
15. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT NDT Non-Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy PA Phased Array Siêu âm tổ hợp pha UT Ultrasonic testing Kiểm tra siêu âm VT Visual Testing Kiểm tra bằng thị giác và quang học RT Radiographic testing Kiểm tra chụp ảnh bức xạ ET Eddy Current Testing Kiểm tra bằng dòng điện xoáy PT Penetrant Testing Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu MT Magnetic Particle Testing Kiểm tra bằng bột từ AE Acoustic Emission Testing Kiểm tra bằng truyền âm LT Leak Testing Kiểm tra rò rỉ DANH SÁCH CÁC HÌNH xii
16. Hình 2. 1: Ống thép từ công nghệ đúc [28] 5 Hình 2. 2: Ống thép hàn thẳng [29] 6 Hình 2. 3: Ống có mối hàn xoắn [30] 6 Hình 2. 4: Chấn định hình trung tâm tấm [31] 8 Hình 2. 5: Khuôn ép định hình ống [31] 8 Hình 2. 6: Thành phẩm sau khi hàn mép ống [31] 9 Hình 2. 7: Thành phẩm ống thép với mối hàn xoắn [29] 9 Hình 2. 8: Hệ thống điều khiển tự động chế tạo ống [30] 10 Hình 2. 9: Tuyến ống nƣớc đập thủy điện Đa Nhim [32] 12 Hình 2. 10: Bảo trì tuyến ống nƣớc đập thủy điện Đa Nhim [32] 12 Hình 2. 11: Tuyến ống dẫn dầu từ Việt Nam sang Lào [33] 13 Hình 2. 12: Đặc điểm dạng ăn mòn đều [1] 16 Hình 2. 13: Mài mòn bên trong ống thép và đƣờng hàn bị hƣ hỏng [1] 18 Hình 2. 14: Thành ống bị mài mòn và lớp phủ đƣờng hàn bị bong tróc [1] 18 Hình 2. 15: Mái che bị ăn mòn, nhìn từ bên trong [1] 19 Hình 2.16: Các khuyết tật của đƣờng hàn [1] 21 Hình 2. 17: Vị trí xuất hiện vết nứt dọc mối hàn [17] 22 Hình 2. 18: Vị trí xuất hiện vết nứt ngang mối hàn [17] 23 Hình 2.19: Khuyết tật rổ khí trên đƣờng hàn [17] 23 Hình 2. 20: Khuyết tật ngậm xỉ trong mối hàn [17] 24 Hình 2.21: Các dạng khuyết tật hàn không thấu[17] 25 Hình 2. 22: Robot MINI Climber kiểm tra trụ điện gió 25 Hình 2. 23: Robot di chuyển bằng bánh xe từ kiểm tra mòn vách thép [6] 26 Hình 2. 24: ScoRpion B-Scan sản phẩm độc quyền Silverwing [19] 27 Hình 2. 25: Robot RMS2 di chuyển ngang ống dẫn kiểm tra khuyết tật[22] 28 Hình 2. 26: Robot TriPod của công ty Jireh [20] 29 Hình 2. 27: Robot kiểm tra đƣờng ống thép công ty Ing. Ronald Tuls [26] 30 Hình 2. 28: Thiết bị kiểm tra mối hàn bằng đầu dò siêu âm [27] 31 Hình 2. 29: Robot kiểm tra độ độ mòn bồn chứa xăng dầu [22] 31 Hình 2. 30: Robot lau kính tòa nhà cao tầng [30] 32 Hình 2. 31: Robot leo tƣờng của sinh viên ĐH Bách Khoa Đà Nẵng [23] 33 Hình 2. 32: Robot leo bám tƣờng của Học viện Kỹ Thuật Quân Sự [24] 33 Hình 3.1: Sử dụng borescopes kiểm tra [5] 35 Hình 3.2: Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu [5] 36 Hình 3.3: Chụp phim đƣờng hàn [5] 37 Hình 3. 4: Sử dụng hạt huỳnh quang ƣớt phát hiện vết nứt trục khuỷu [5] 38 Hình 3. 5: Các vết nứt của trục sử dụng hạt huỳnh quang ƣớt [5] 39 Hình 3. 6: Thiết bị kiểm tra bột từ [5] 40 Hình 3. 7: Kiểm tra bằng dòng điện xoáy [5] 41 Hình 3. 8: Nguyên lý phƣơng pháp siêu âm kiểm tra khuyết tật vật liệu [3] 42 xiii
17. Hình 3. 9: Các loại và máy siêu âm khuyết tật TOKIMEC [3] 42 Hình 3. 10: Thiết bị siêu âm Phased Array [5] 44 Hình 3. 11: Thành phần cơ bản của hệ thống Phased Array [8] 44 Hình 3. 12: Đầu dò Phased array [7] 45 Hình 3. 13: Mặt cắt đầu dò Phased array [7] 46 Hình 3. 14: Các dạng đầu dò Phased array của hãng olumpus NDT [8] 47 Hình 3. 15: Các loại nêm đầu dò Phased array [7] 47 Hình 3. 16: Sự tạo chùm tia và thời gian trễ cho sự phát và nhận chùm tia [8] 49 Hình 3. 17: Điều khiển các chùm tia siêu âm [7] 50 Hình 3. 18: Khẩu độ hiệu dụng [7] 50 Hình 3. 19: Quét tuyến tính với chùm tia thẳng và hình ảnh A scan thu đƣợc [7] 51 Hình 3. 20: Quét tuyến tính với chùm góc và hình ảnh A Scan thu đƣợc [7] 51 Hình 3. 21: Hình ảnh sóng thẳng A-scan [16] 52 Hình 3. 22: Hình ảnh A- scan của chùm tia góc [16] 52 Hình 3. 23: Hiển thị dạng B-Scan [16] 53 Hình 3. 24: Mặt cắt B scan [7] 53 Hình 3. 25: Hình ảnh C-scan thông thƣờng hiển thị vị trí lỗ [15, 16] 53 Hình 3. 26: Hình ảnh C-scan tổ hợp pha hiển thị vị trí lỗ [7] 54 Hình 3. 27: Hình ảnh hiển thị C Scan kiểm tra đƣờng hàn [7] 54 0 0 Hình 3.28: Hình ảnh S scan ở góc quét -30 đến 30 [16] 55 Hình 3.29: Thiết bị Model Phasor CV/DM của hảng Krautkramer [16] 57 Hình 3.30: Phƣơng pháp dò tìm khuyết tật thông thƣờng và phasor CV/DM. [16] 59 Hình 4.1: Hƣớng robot di chuyển 60 Hình 4. 2: Quỹ đạo chuyển động robot dọc ống 61 Hình 4. 3: Quỹ đạo chuyển động ngang ống 62 Hình 4. 4: Quỹ đạo chuyển động quay trên ống 62 Hình 4. 5: Giác hút chân không 63 Hình 4. 6: Bánh xe có gắn nam châm 64 Hình 4. 7: Nam châm điện 65 Hình 4. 8: Cơ cấu mang đầu dò 66 Hình 4. 9: Mô hình kết cấu tổng thể của robot 67 Hình 4. 10: Kết cấu tổng thể của robot 67 Hình 5. 1: Mô hình phân tích lực của robot 70 Hình 5. 2: Thử nghiệm lực hút nam châm 72 Hình 5. 3: Động cơ TS-58GZ868-2445 73 Hình 5. 4: Kích thƣớc cơ bản cơ cấu mang đầu dò 74 Hình 5. 5: Kích thƣớc cơ bản hộp điều khiển 75 Hình 5. 6: Sơ đồ tổng quát mô hình hệ thống điều khiển 75 Hình 5. 7: Thuật toán điều khiển tổng quan của robot 76 Hình 5. 8: Thuật toán điều khiển chuyển động của robot 76 Hình 5. 9: Arduino Uno R3 [34] 77 xiv
18. Hình 5. 10: L298 Motor Shield [34] 78 Hình 5. 11: Bluetooth HC-05 [34] 79 Hình 5. 12: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 80 Hình 6. 1: Mô hình thiết kế ban đầu 81 Hình 6. 2: Nắp ngoài bánh nam châm 82 Hình 6. 3: Vòng lót giữa 82 Hình 6. 4: Bánh đùm (mâm bánh xe) 83 Hình 6. 5: Cánh động cơ trái, phải 83 Hình 6. 6: Khớp nối, giá đỡ 84 Hình 6. 7: Khung bánh giữa 84 Hình 6. 8: Nắp bánh giữa 85 Hình 6. 9: Mâm bánh giữa 85 Hình 6. 10: Các chi tiết khung gắn đầu dò 86 Hình 6. 11: Khung đầu dò hoàn thiện 87 Hình 6. 12: Cụm bánh sau 88 Hình 6. 13: Thân robot 89 Hình 6. 14: Lắp các chi tiết cho robot 90 Hình 6. 15: Lắp mạch điều khiển cho robot 90 Hình 6. 16: Lắp hoàn chỉnh robot 91 Hình 6. 17: Robot đặt trong hộp gỗ cách từ 92 Hình 6. 18: Thử nghiệm robot trên mặt phẳng Thép 92 Hình 6. 19: Thử nghiệm robot trên ống thép tròn Ф1000 93 Hình 6. 20: Thử nghiệm robot trên ống thép tròn Ф300 93 Hình 6. 21: Thử nghiệm robot trên ống thép tròn Ф400 94 Hình 6. 22: Gắn đầu dò PAUT 5L64A12 cho robot 94 Hình 6. 23: Robot hoạt động kiểm tra chất lƣợng mối hàn trên tấm thép 95 Hình 6. 24: Kết quả đo hiển thị trên máy MX2 95 Hình 6. 25: Kết quả đo phát hiện khuyết tật không ngấu chân h = 28 mm 96 Hình 6. 26: Kết quả đo khuyết tật không ngấu vách dƣới bề mặt 2 -> 4 mm 96 Hình 6. 27: Tải ứng dụng BlueSPP từ googleplay 97 Hình 6. 28: Biểu tƣợng ứng dụng BlueSPP trên điện thoại 97 Hình 6. 29: Thiết lập chế độ on Bluetooth 98 Hình 6. 30: Kết nối địa chỉ Mac Bluetooth 98 Hình 6. 31: Gán lệnh và đặt tên cho nút điều khiển 99 xv
19. DANH SÁCH BẢNG Bảng 2. 1: Thông số kỹ thuật của ống thép do Nga sản xuất 14 Bảng 2. 2: Mức độ chịu ăn mòn của vật liệu [15] 15 Bảng 3. 1: Thông số nêm đầu dò 48 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của máy chính Omniscan 55 Bảng 3. 3: Thông số kỹ thuật Module Phased Array 56 Bảng 3. 4: Thông số kỹ thuật ở chế độ phasor CV 57 Bảng 3. 5: Thông số kỹ thuật ở chế độ phasor DM 58 Bảng 4.1: So sánh các phƣơng án 65 xvii
20. Chƣơng 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Hiện nay ở Việt Nam, Dầu khí là ngành kinh tế m i nhọn, đóng vai trò rất quan trọng, làm đà thúc đẩy phát triển kinh tế đất nƣớc. Đây là lĩnh vực làm việc đòi hỏi kỹ thuật cao và điều kiện làm việc xa bờ. Một trong những lĩnh vực quan trọng của nền công nghiệp dầu khí là vận chuyển dầu khí. Việc thu gom, tồn trữ, vận chuyển dầu đòi hỏi một hệ thống ống dẫn lớn và yêu cầu làm việc hiệu quả, độ tin cậy cao. Vì vậy mọi tuyến ống đƣợc xây dựng phải tính toán thi công và lắp đặt chính xác. Để bảo đảm an toàn trong việc vận chuyển và khai thác dầu khí, phải thƣờng xuyên kiểm tra phát hiện khuyết tật nhằm kịp thời khắc phục hƣ hỏng. Vì vậy, cần phải sử dụng máy móc để đảm nhận việc kiểm tra đối với những vị trí nguy hiểm của ống dẫn trở nên cần thiết và quan trọng. Vì những lý do trên đề tài: " Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống" là một vấn đề cấp bách. 1.2. Tính cấp thiết của đề tài Ống dẫn có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí. Việc kiểm tra đánh giá định kỳ chất lƣợng ống dẫn để kịp thời sửa chữa là điều cần thiết. Để đảm bảo việc kiểm tra, kiểm định chất lƣợng các công trình ống dẫn đạt độ chính xác và hiệu quả cao thì lựa chọn phƣơng pháp kiểm tra siêu âm là sự lựa chọn phù hợp nhất. Ở nƣớc ta hiện nay, việc kiểm tra chất lƣợng của ống dẫn thép vẫn còn nhiều khó khăn vì những lý do sau: - Việc kiểm tra còn mang tính thủ công. - Chi phí đầu tƣ thiết bị kiểm tra cao. - Chƣa làm chủ đƣợc công nghệ trên thế giới. - Chƣa có thiết bị kiểm tra ống linh hoạt. Chính vì vậy đề tài: "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm robot linh hoạt nhằm kiểm tra chất lượng bề mặt ống" do học viên lựa chọn có tính cấp thiết và khả năng ứng dụng ở Việt Nam. 1
21. S K L 0 0 2 1 5 4