Порядок выполнения работы

1. Заранее подготовить конечно-элементную модель литейной формы для получения фасонной отливки в любом из операторов: ANSYS, NASTRAN, HYPERMESH.

2. Ознакомиться с теорией, изложить основные положения в отчете

3. Загрузить конечноэлементную модель в препроцессор.

4. Выбрать материал детали и элементов формы.

5. Запустить процессор программы.

6. Проанализировать процесс заполнения формы, тепловые поля, пористость, напряжённо-деформированное состояние отливки.

7. Сохранить результаты исследования.

8. Выбрать другой материал элементов литейной формы.

9. Повторить процесс моделирования.

10. Сравнить результаты с предыдущими, сделать вывод о влиянии материала формы на параметры качества отливки.

ЛИТЕРАТУРА

1. www.poligonsoft.ru

2.www.cadmaster.ru

Исследование структуры металлов и сплавов с помощью систем обработки изображений

Цель работы: ознакомление с программным обеспечением, позволящим анализировать микроструктуру металлов, сплавов и других материалов и объектов; овладение навыками количественного анализа изображений структур, полученных как с помощью электронного микроскопа, так и с помощью оптической металлографии.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Исследование структуры многих материалов, в том числе композитных, субструктурированных и высокодисперсных требует обработки сложных графических изображений. В целом, изображение структуры, полученное с помощью любого микроскопа, можно рассматривать как графический объект, элементы которого требуют количественной оценки и её систематизации. Например, оценка размера зерна и разнозернистости, формы, размеров и распределения вторичных включений в многофазных сплавах, вид графита в чугунах и т.п. Такие этапы исследований ранее проводились вручную. В настоящее время появились компьютерные программы на основе графических редакоторов, позволяющие значительно сократить длительность исследований и погрешность измерений. Рассмтрим для примера наиболее часто встречающиеся задачи и программы, которые позволяют их решать.

Программа для количественного анализа изображений

Программа ImageExpert Pro 3 предназначена для решения задач количественного анализа изображений микроструктур в металлографии, материалов и порошков в материаловедении. Анализатор представляет собой интеграцию современных технологий по обработке изображений, созданных на базе мощных математических методов и проверенных на практике на более чем полусотне промышленных предприятий и научных центров в России и за рубежом.

Решаемые задачи.

Анализатор позволяет получать широкий спектр геометрических параметров элементов структуры, к наиболее важным из которых можно отнести

1. процентные доли составляющих;

2. площади; периметры; минимальные, максимальные и средние диаметры;

3. параметры формы и вытянутости объектов;

4. характеристики распределения объектов (в том числе ареальные диаграммы и диаграммы свободных расстояний,

5. гистограммы межцентровых расстояний и расстояний между объектами); 6. характеристики анизотропии структур и многое другое.

Получаемые характеристики доступны как для каждого объекта в отдельности, так и в виде их статистической подборки. Анализатор позволяет представлять полученные распределения параметров в соответствии с требованиями российских и международных стандартов. Являясь универсальным инструментом, ImageExpert Pro 3 использует настройки стандартов не только включённые в поставку, но и позволяет пользователям самостоятельно настраивать анализатор на работу в соответствии с требованиями нужной нормативной документации. Поэтому области применения программы не ограничиваются простым перечислением решаемых задач, к наиболее часто встречающимся из которых можно отнести следующие:

В области стандартных задач материаловедения можно выделить следующие виды анализа, приведённые в таблице 1.

Таблица 1 – Задачи и нормативные документы, регламентирующие объект исследования

Наряду с этим, пользователями успешно решаются и следующие задачи: анализ дендритной структуры сталей, обсчёт серных отпечатков образцов стальных поковок, анализ кластерности и суперпозиции полей напряжённости композитных материалов, анализ фракций алмазных порошков и сыпучих материалов, анализ морфологии трёхмерных изломов металлов, измерение и классификация треков высокоэнергетических микро-частиц, анализ температурных полей плазмы, статистика геометрии микросфер из ионо-обменных смол

Новый интерфейс предоставляет пользователю прямой доступ к списку загруженных изображений в виде меню или посредством закладки "Альбом". Список изображений, который располагается в левой части экрана и всегда доступен пользователю, позволяет также управлять активностью изображений при групповой обработке. Рабочее поле программы представляет собой систему из трёх переключаемых закладок и позволяет работать в режиме преобразований с активным изображением (закладка "Изображение"), анализировать количественные характеристики измерений (закладка "Данные"), и просматривать загруженные изображения в виде альбома слайдов (закладка "Альбом"). Данный подход унифицирует все операции пользователя, способствуя их быстрому освоению.

Для ввода графической информации в программе предусмотрен Мастер съёмки, поддерживающий широкий спектр аналоговых и цифровых видеокамер, работающих под управлением современных WDM-драйверов и механизма DirectShow библиотеки DirectX. Управление режимами работы видеокамеры можно осуществлять непосредственно из программы.

Мастер съёмки отображает «живое» изображение структуры образца на экране компьютера, позволяя выбирать поле зрения, настраиваться на резкость и сохранять требуемые кадры в виде файлов изображений для последующего анализа. Для удобства пользователя при работе с камерами высокого разрешения предусмотрена возможность изменять масштаб просмотра видео и сохраняемых видеокадров. При необходимости можно сохранять изображения с автонумерацией.

Программа позволяет также работать с графическими устройствами по протоколу TWAIN. К таким устройствам относятся все сканеры, а также ряд специализированных видеокамер для микроскопов (например, Leica), и ряд web-камер.

В практике металловедов иногда возникает необходимость получения качественного и резкого изображения объемного объекта под большим увеличением (например, трещина в металле или насекомое). Поэтому в третьей версии ImageExpert Pro реализован механизм послойной микроскопии. При съемке под микроскопом недостаточную глубину фокуса компенсируют съемкой нескольких кадров при разных уровнях резкости. Полученная серия кадров автоматически обрабатывается анализатором с получением полностью резкого изображения. Если кадры были получены при упорядоченном снижении или поднятии фокуса, то также возможно получение карты высот объекта.

Использование технологии отображения трёхмерных объектов Open-GL позволяет получить реалистичное изображение цветового профиля при плавном его вращении в заданных направлениях, а полупрозрачная секущая плоскость (уровень "моря") дает наглядное представление об уровнях для преобразований и улучшает визуальное восприятие. Ниже представлена визуализация 3D профиля, полученного послойной микроскопией.

Для определения соответствия реального масштаба получаемым изображениям необходимо произвести калибровку комплекса. Для систем с телекамерой, увеличение определяется только выбором объектива и калибровку достаточно произвести один раз. Определив и установив масштабные коэффициенты и единицы измерения для каждого объектива микроскопа, последующий выбор увеличения в программе производится только выбором рабочего объектива из меню. При использовании цифровых фотокамер zoom-увеличение плавает и калибровка необходима перед каждой серией кадров. Масштаб устанавливается в системе сразу для всех загруженных изображений.

По аналогии с применением окуляра с масштабной сеткой при ручной работе с микроскопом, добавлена возможность наложения сетки, аналогичной окулярной, с непосредственным отображением на экране монитора. Параметры масштабной сетки задаются в том же окне калибровки. Задаются вид сетки (ячеистая сетка, мерное перекрестие и мерный отрезок), размер ячейки и цвет шкалы. Сетка не является частью изображения и на последующий анализ не влияет.

По аналогии с предыдущей версией, реализована отмена только последней команды, что обусловлено одновременной обработкой большого количества изображений. Но теперь отмена преобразований реализована в циклическом режиме Откат-Возврат, что существенно облегчает процесс принятия решения.

Растущие вычислительные мощности современных компьютеров позволили для большинства процедур реализовать отклик на изменение настроек в реальном времени. Это важнейший момент при подготовке изображений к анализу, поскольку становиться возможным производить существенно более точные преобразования, сводя потери в геометрии объектов к минимуму.

Набор специальных методов и фильтров сгруппирован в соответствии с их функциональностью (рис.1).

Рис.1. –Применяемые фильтры для корректировки изображений

Качественные и спектральные фильтры применяются к исходным полноцветным изображениям. "Градиент" и "Макронеоднородность" предназначены для подавления неровнамерности освещения, которое может возникать на ряде оптических систем. Фильтры "Высокочастотный", "Низкочастотный" и "Медианный" способствуют сглаживанию помех и стабилизации уровней. Для усиления слабых деталей композиции используются спектральные фильтры нерезкого маскирования, статистического дифференцирования, Уолиса, или Собеля. Фильтры Кепстра и Фурье-степенной позволяют воздействовать непосредственно на частотный спектр изображений. Фильтры "Пороговый" и "Пиктоновый" являются аналогами методов "Диффузия" и "Пик-тон" во второй версии анализатора, но предоставляют возможность их более тонкого, избирательного воздействия. Так помимо настройки радиуса анализа, в пороговом фильтре задается предельная интенсивность, ниже которой значение анализируемой точки не меняется на размытое, а в пиктоновом фильтре задается доля точек-соседей некоего цвета, ниже которой цвет точки также не меняется. Морфологические фильтры применяются к бинаризированным или сегментированным изображениям и воздействуют на геометрию объектов. Фильтры эррозии и дилатации модифицированы и основаны на механизме попеременной 4- и 8- связности, что позволяет точнее описывать равномерное расширение даже на растровых изображениях. Фильтры "Вскрытие" и "Замыкание" основаны на попеременном применении эррозии-дилатации и дилатации-эррозии соответственно и применяются для разделения или соединения в одно целое близко раcположенных объектов. Фильтр "Скелетизация" применяется для выявления тонкой структуры объектов и является полезным при анализе зеренной структуры. Фильтры "Соединение" и "Отсечение" применяются соответсвенно для соединения свободных хвостиков объектов с телом объекта и для их устранения. Эти фильтры также полезны при восстановлении зеренной структуры. "Разделение" позволяет автоматически устранять перешейки слипшихся частиц, но данный метод эффективен в ситуациях, когда задаваемый радиус перешейка меньше объектов; в противном случае делиться могут тела самих объектов. "Удаление граничных объектов" необходимо при анализе распределений, поскольку учет неполных частиц вносит погрешность. Фильтры свёрток предназначены для самых разнообразных преобразований и могут конструироваться самим пользователем без ограничений.

Бинаризация традиционно является необходимой операцией при подготовке изображений к численному анализу.

Рис.2 - Возможности бинаризации изображений

В результате бинаризации исходный массив разноцветных точек делится на два подмножества: множество точек образующих искомые объекты для анализа и множество точек образующих фон.

Программа для качественного анализа структур методом сравнения с эталонами

Создание анализатора ImageExpert™ Sample 2 продиктовано стремлением упростить и автоматизировать анализ различных структур в тех случаях, когда нормативная документация предполагает визуальное сравнение поля зрения со шлифа с предоставляемыми эталонами или размерной сеткой.

В настоящее время существуют простые и надёжные способы компьютерного документирования, как изображений, так и любой деловой и производственной информации. В связи с этим, ImageExpert™ Sample 2 предоставляет возможность хранить в компьютере все требуемые эталонные шкалы, получать и сохранять изображения структур со шлифа, наблюдать на экране монитора одновременно анализируемую структуру и эталон, назначая этой структуре соответствующий балл и, наконец, накапливать статистику и формировать отчёт по серии полей зрения.

В случае работы программы на режимных предприятиях, эталонные шкалы могут представлять секретную информацию. Анализатор позволяет хранить и использовать такие шкалы в закодированном состоянии, что делает невозможным их просмотр посторонними лицами при отсутствии персонального электронного ключа защиты.

Обязательная процедура калибровки аппаратно-программного комплекса обеспечивает адекватность при анализе. При этом в ходе анализа пользователю не обязательно обеспечивать требование стандарта о рабочем увеличении, так как программа автоматически согласует размеры анализируемого и эталонного изображения. Если при сравнении одномасштабных изображений их внешние размеры значительно отличаются, достаточно перейти при съёмке на использование другого объектива.

В случае использования видеокамер, увеличение, как правило, определяется только выбором объектива, поэтому калибровка проводится однократно для каждой конфигурации, и при ежедневной работе оператору достаточно выбрать соответствующий объективу пункт меню масштабов с предварительно сохранённой калибровочной информацией.

Применение цифровых фотокамер с ZOOM-объективами без фиксированных положений для использования в комплексе с микроскопом нежелательно, так как при очередном включении фотокамеры практически невозможно установить положение ZOOM, аналогичное предыдущему сеансу и, следовательно, требуется проводить калибровку системы при каждом включении аппарата. Кроме того, из-за невозможности вживую наблю-дать изучаемую структуру на экране монитора теряется динамичность и наглядность анализа.

Компания «НЭКСИС» проводит работу по адаптации существующих промышленных стандартов для работы с программой качественного анализа ImageExpert™ Sample 2. Комплекты эталонных шкал этих стандартов поставляются для конкретного пользователя отдельно от программы анализа. Все предлагаемые комплекты эталонов отличаются высоким качеством и полностью соответствуют оригинальным печатным шкалам. Наряду с поставляемыми готовыми шкалами стандартов, пользователь имеет возможность формировать в программе комплект эталонов самостоятельно на основе требуемой нормативной документации. В настоящее время доступны следующие стандарты (Таблица 2)

Таблица 2 – Встроенные стандарты, доступные для сравнения с эталонами

На основе проведённого сравнительного анализа формируется отчёт, включающий статистические параметры, гистограммы распределения в терминах требуемого стандарта, а также исходное изображение с мерным отрезком и печатным увеличением. Отмеченные оператором элементы экспортируются в документ Microsoft Word, что позволяет перед выводом на печать вносить в него необходимые комментарии и производить окончательное форматирование в соответствии с требованиями нормативной документации конкретного предприятия.

Возможность использования программы определяется наличием у пользователя системы получения и ввода графических изображений с микроскопа в компьютер. ImageExpert™ Sample 2 поддерживает как цифровые видеокамеры, так и аналоговые телекамеры с платой захвата (все устройства должны соответствовать стандарту драйверов Windows TWAIN или WDM). Мастер съёмки в программе отображает «живое» изображение шлифа на экране компьютера, избавляя пользователя от зрительной нагрузки при попеременном просмотре эталонной структуры на плакате и реального изображения в окуляре микроскопа. Это особенно важно при долговременной работе.

Анализатор имеет удобный и единый интерфейс, свойственный серии программ ImageExpert™ третьего поколения, что позволяет сократить до минимума время на обучение и делает работу с ним комфортной.

Программа для съёмки и создания панорамных изображений

Программа NEXSYS ImageExpert Sequencer 4 является продолжением серии программ четвёртого поколения, выпускаемых компанией «Новые экспертные системы» (НЭКСИС), и предназначена для монтажа панорамных изображений в полностью автоматическом и полуавтоматическом режиме при активной съёмке, а также созданию панорам из последовательности предварительно снятых кадров при их ручной и автоматической расстановке и склейке. Пользователь всегда может вернуться к любой фазе монтажа и произвести контроль или коррекцию.

Встроенный в программу мастер съёмки работает с широким спектром аналоговых и цифровых видеокамер (все устройства должны соответствовать стандарту драйверов Windows TWAIN или WDM). Пользователь имеет возможность наблюдать на экране компьютера «живое» изображение и сохранять отдельные его кадры, или производить съёмку и монтаж панорамы в автоматическом режиме «на лету». Условием проведения съёмки образца является непрерывность следования полей зрения в независимости от направления движения, расстановка последовательности изображений по местам и их сборка осуществляются автоматически. Предусмотрен также ручной режим и коррекция операций.

Встроенный в программу набор фильтров позволяет эффективно сглаживать яркостные переходы, практически неизбежно возникающие при переходе между полями зрения. Интеллектуальный алгоритм сборки последовательности изображений справляется даже со сложными случаями изображений с перспективой, позволяя избежать разрывов в местах склейки. Автоматическая обрезка полученного панорамного изображения осуществляется одним щелчком мыши. Кнопки фильтрации и обрезки работают по круговому принципу применить/отменить, что позволяет легко оценить эффект их применения.

Анализатор поддерживает наиболее популярные графические растровые форматы: bmp, jpg, gif, tif, pcx, pcd, psd. Полученные изображения могут быть сохранены или распечатаны на принтере.

 

 

1234

---

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.