Design of an encoder converter forautomated non-destructive testing

• Main Author: von Wowern, Per
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2018
• Subjects: Mechanical Engineering; Maskinteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-226316

WesDyne Sweden AB is a Non-Destructive Testing (NDT) company specializedin the examination methods ultrasonic testing, eddy current testing and visualinspection. To verify an examination procedure before the actual inspection atsite, a test rig consisting of a three or four axes motion system is used. WesDyne saw a need to be able to modify the position signals from the position encoders in order to increase the  exibility and in some case the accuracy when scanning objects with ultrasonic or eddy current probes. Thus, this thesis is regarding the design and evaluation of an encoder converter. The main task is to transform from Cartesian to polar coordinates and calculate the shortest distance between two points in space. Although, these calculations will introduce a delay. It is therefore of interest to look into how delays aect the NDT measurements.The selection of a microcontroller for the encoder converter was an importantpart of the thesis project. Initial tests were done with the Arduino Mega. Itwas concluded that more processing power was needed than the Arduino Mega could provide. The choice nally fell on the xCORE-200 eXplorerKIT fromXmos. The main tasks for the rmware developed for the xCORE-200 eXplorerKIT was to sample position signals, modify the signals and then output the modied signals. A printed circuit board was designed to act as an adapter card between the motorcontroller, measurement instrument and the xCORE- 200 eXplorerKIT. The encoder converter consisted of these two cards encased with supplementary components. A Windows graphical user interface application was developed to enable the change of settings of the encoder converter and overview of positions.Three tests with eddy current testing were done with a test block with emulated cracks in order to evaluate the performance of the encoder converter. The delay test showed that the Encoder converter had a maximal delay of 303 μs which corresponded to an average position error up to 0:12 mm. Two more tests with the test block were performed with the modied signals, polar coordinates and distance, from the encoder converter.The maximum average position error in these two test were 0:19 mm. The required accuracy depends on the circumstances but for most applications an error lower than 0:12 mm is acceptable. From the test results it can be concluded that conversion of position signals can improve accuracy in some cases of eddy current testing. === WesDyne Sweden AB är ett företag inom oförstörande provning, med specalitet inom metoderna virvelström, ultraljud och visuell provning. För att verifiera proceduren inför en provning används testriggar med tre och fyra axligt rörelsesystem. WesDyne såg ett behov av att kunna modifiera positionssignalerna från positionsenkodrarna för att öka flexibiliteten och i vissa fall förbättra noggrannheten vid virvelström och ultrljudsprovning. Positionssignalerna används för att trigga mätningar med mätinstrumentet. Detta examensarbete handlar därav om utveckling och testning av en encoderomvandlare. Dess huvuduppgift var att kunna räkna ut polära koordinater och kortaste distans mellan två punkter i rymden. Beräkningarna kom att medföra en fördröjning av postionssignalen. Det fanns därav anledning att även undersöka hur olika fördröjningar påverkar mätresultat.   En viktig del av exjobbet var valet av mikrodatorplattform för  encoderomvandlaren. Först gjordes tester med Arduino Mega. Dock upptäcktes det att denna inte var kraftfull nog för uppgiften. Valet föll slutligen på xCORE-200 eXplorerKIT från Xmos vilket ansågs bäst kunna uppfylla kraven. Huvuduppgifterna som ingick i den firmware som utvecklades till xCORE-200 eXplorerKIT var att läsa in postionssignaler, göra om signalerna och sedan skicka ut dessa. Ett kretskort designades för att fungera som länk mellan motorstyrenheten, mätinstrumentet och xCORE-200 eXplorerKIT. Detta byggdes in i en låda med kompletterande komponenter för att kunna utföra tester med encoderomvandlaren. Ett grafisk gränsitt för windows utvecklades för att kunna se positioner och kunna ändra inställningar i enkoderomvandlaren.   För att utvärdera enkoderomvandlaren gjordes tre olika typer av tester med virvelströmsprovning på testblock med emulerade sprickor. Fördröjningstestet visade att enkoderomvandlaren hade en maximal fördröjning av positionssignalen på 303 μs vilket gav ett genomsnittligt lokaliseringsfel av sprickorna på upp till 0:12 mm. Vid de två senare testerna då de modifierade positionsignalerna användes för att registrera virvelström mätningar, var det största genomsnittliga felet som uppmättes 0.19 mm. Nogrannheten som krävs varierar beroende på applikation men generellt är ett fel under 0.5mm godtagbart. Slutsatsen från testresultaten visar att omvandling av positionssignaler kan oka noggrannheten vid vissa fall av virvelströmsprovning.