chebЧебышевский сборникChebyshevskii Sbornik2226-8383Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University10.22405/2226-8383-2025-26-1-229-242cheb-1949Research ArticleИстория математики и приложенийСomputer scienceМашинное зрение в оценке in situ параметров неоднородности анизотропных изделий SLM в ходе растяженияMachine vision in in situ estimation of inhomogeneity parameters of anisotropic SLM products during tensile behaviourЧукановАлександр НиколаевичChukanovAlexander Nikolaevich

доктор технических наук

doctor of technical sciences

alexchukanov@yandex.ruКоротковВиктор АнатольевичKorotkovViktor Anatolievich

кандидат технических наук

candidate of technical sciences

vak-2003@mail.ruЦойЕвгений ВладимировичTsoiEvgeny Vladimirovich

старший преподаватель

senior lecturer

tsoyev@tolstovsky.ruЯковенкоАлександра АлександровнаYakovenkoAlexandra Aleksandrovna

кандидат технических наук, инженер-технолог

candidate of technical sciences, technologist

dispozicya100@mail.ruМоденовМихаил ЮрьевичModenovMikhail Yurievich

аспирант

postgraduate student

m.modenov@yandex.ruТульский государственный педагогический университет им. Л. Н. ТолстогоРоссияTula State Lev Tolstoy Pedagogical UniversityRussian FederationТульский государственный университетРоссияTula State UniversityRussian FederationООО «Металлург-Туламаш»РоссияMetallurg-Tulamash LLCRussian Federation202522062025261229242Copyright © Чуканов А.Н., Коротков В.А., Цой Е.В., Яковенко А.А., Моденов М.Ю., 20252025Чуканов А.Н., Коротков В.А., Цой Е.В., Яковенко А.А., Моденов М.Ю.Chukanov A.N., Korotkov V.A., Tsoi E.V., Yakovenko A.A., Modenov M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/1949

Предложена оригинальная методика расчёта in situ характеристик неоднородности анизотропных материалов на базе технологии машинного зрения (фотограмметрии). Объектами являлись образцы порошковых сплавов 316L и Inconel 718, изготовленные по технологии селективного лазерного сплавления (SLM) и подвергнутые равномерному одноосному растяжению.Методика базируется на совместном использовании в расчёте параметров кривыхупрочнения, построенных по результатам определения in situ интенсивностей истинныхнапряжений и деформаций в отдельных микрообъёмах образцов. В качестве таких микрообъёмов использовали поперечные сечения делительной сетки, нанесенной на поверхностьобразцов. Информацию о геометрии ячеек делительной сетки, изменявшуюся в процессерастяжения, получали в измерительном блоке из результатов фотограмметрии — измерений цифровых изображений делительной сетки, полученных в ходе фотофиксации образцапри растяжении.В расчётном блоке с помощью методики получены уравнения зависимостей показателя неоднородности материала по механическим свойствам и характеристики неравномерности его пластической деформации от интенсивностей действующих напряжений и деформаций.Применение математических алгоритмов оптимизации фотограмметрии и программирование блока расчётов на языке высокого уровня Python позволит автоматизироватьпроцесс расчёта полученных уравнений с входящими в них параметрами и в итоге создавать базы данных характеристик анизотропии и неоднородности свойств изделий, изготовленных методом SLM. Это обеспечит разработку теоретических основ для углублённого анализа и обоснованного прогнозирования влияния технологической анизотропии и неоднородности свойств изделий SLM на их работоспособность in situ.

An original method for calculating in situ characteristics of inhomogeneity of anisotropicmaterials based on machine vision technology (photogrammetry) is proposed. The objects weresamples of powder alloys 316L and Inconel 718, manufactured using selective laser fusion (SLM)technology and subjected to static stretching.The technique is based on the joint use of hardening curves in the calculation of parameters, based on the results of in situ determination of the intensities of true stresses and deformations in individual micro-volumes of samples. Cross sections of a dividing grid applied to the surface of the samples were used as such micro-volumes.Information about the geometry of the cells of the dividing grid, which changed during stretching, was obtained in the measuring unit from the results of photogrammetry - measurements of digital images of the dividing grid obtained during photofixation of thesample during stretching. In the calculation block, the equations of dependence of the material heterogeneity index on mechanical properties and the characteristics of the unevenness of its plastic deformation on the intensity of acting stresses and deformations are obtained using the technique.The use of mathematical algorithms for optimizing photogrammetry and programming the calculation block in Python JAVA will automate the process of calculating the obtained equations and their parameters and, as a result, create an extensive database of anisotropy characteristics and heterogeneity of properties of products manufactured by the SLM method.This will ensure the creation of theoretical foundations for in-depth analysis and reasonable forecasting of the impact of technological anisotropy and heterogeneity of the properties of SLM products on their in situ performance.

316LInconel 718SLMфотограмметриякоэффициент анизотропиикривые упрочнениянеоднородность механических свойствнеравномерность пластической деформации.Inconel 718SLMphotogrammetryanisotropy coefficienthardening curvesheterogeneity of mechanical propertiesunevenness of plastic deformation.Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда, проект № 23-29-00433 «Волновая деформация и ее взаимосвязь с ортотропией структуры и физико-механических свойств в изделиях селективного лазерного сплавления» (https://rscf.ru/project/№ 23-29-00433/).ReferencesKunze, K., Etter, T., Grдsslin, J., Shklover, V. Texture, anisotropy in microstructure and mechanical properties of IN738LC alloy processed by selective laser melting (SLM)// Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 620. P. 213-222.Kunze, K., Etter, T., Grдsslin, J., Shklover, V. 2015, “Texture, anisotropy in microstructure and mechanical properties of IN738LC alloy processed by selective laser melting (SLM)”, Mater. Sci. Eng. A., Vol. 620. pp. 213–222.Song, B., Dong, S., Coddet, P., Liao, H., Coddet C. Fabrication of NiCr alloy parts by selective laser melting: columnar microstructure and anisotropic mechanical behavior//Mater. and Design. 2014. Vol. 53. P. 1-7.Song, B., Dong, S., Coddet, P., Liao, H., Coddet, C. 2014, “Fabrication of NiCr alloy parts by selective laser melting: columnar microstructure and anisotropic mechanical behavior ”, Mater. and Design, Vol. 53, pp. 1–7.Popovich, A. A., Sufiiarov, V.Sh., Borisov, E.V., Polozov, I.A. Microstructure and mechanical properties of Inconel 718 produced by SLM and subsequent heat treatment//Key Eng. Mater. 2015. Vol. 651-653 Pp. 665-670.Popovich, A. A., Sufiiarov, V.Sh., Borisov, E.V., Polozov, I.A. 2015, “Microstructure and mechanical properties of Inconel 718 produced by SLM and subsequent heat treatment”, Key Eng. Mater., Vol. 651–653, pp. 665–670.Чуканов, А.Н. Анизотропия физико-механических свойств при послойном лазерном синтезе // «Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов», посвящ. 150-ю акад. А.А. Байкова: Сб. научн. статей МНПК. (18.09.2020 г); Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2020. - 271 с. - С. 244-247.Chukanov, A.N. 2020, “Anisotropy of physico-mechanical properties in layered laser synthesis”, “Modern problems and directions of development of metallology and heat treatment of metals and alloys”, dedicated to The 150-th Academy of A.A. Baykov: Collection of scientific articles of the MNPC. (09/18/2020); Kursk: Yugo-Zapad. State University, 271 p., pp. 244–247.Чуканов, А.Н., Терёшин, В.А., Цой, Е.В., Матвеева, А.В. Машинное зрение в анализе волновых спектров деформации аддитивных изделий SLM-технологии // «Перспективные материалы науки, технологий и производства», Межд. научно-практич. конф. (24 мая 2022 года); Сб. научн. статей Юго-Зап. гос. ун-т. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2022. - 377 с.- С. 325-329.Chukanov, A.N., Tereshin, V.A., Tsoi, E.V., Matveeva, A.V. 2022, “Machine vision in the analysis of wave spectra of deformation of additive products of SLM-technology”, “Promising materials of science, technology and production”, International Scientific and Practical Conference (May 24, 2022); Collection of scientific. articles of the South-West State University. Kursk: Yugo-Zapad. state University, 2022, 377 p., pp. 325–329.Чуканов, А.Н., Цой, Е.В., Яковенко, А.А., Малий, Д.В., Гончаров, С.С. Фотограмметрия в фиксации и анализе локализованной деформации 3d образцов//4 МНПК «Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов», посвященная памяти академика А.А. Байкова (СМП-04)».- Сб. научн. тр. (15.09.2023 г.).- Юго-Зап. гос. ун-т, Курск: ЮЗГУ, 2023. - С. 168 – 173.Chukanov, A.N., Tsoi, E.V., Yakovenko, A.A., Maliy, D.V., Goncharov, S.S. 2023, “Photogrammetry in fixation and analysis of localized deformation of 3d samples”, “4 MNPK Modern problems and directions of development of metallology and heat treatment of metals and alloys, dedicated to the memory of Academician A.A. Baykov (SMP-04)”.- Collection of scientific tr. (09/15/2023). Yugo-Zapad. State University, Kursk: Southwestern State University, 2023, pp.Чуканов, А.Н., Цой, Е.В., Фролов, А.А. Использование фотограмметрии в технологической подготовке обучающихся вузов // Современные материалы, техника и технологии, 2024. - № 2(53). – С. 43-48.–173.Чуканов, А.Н., Цой, Е.В., Фролов, А.А. Разработка технологии регистрации и анализа локализованной деформации материалов // Современные материалы, техника и технологии, 2024. - № 2(53). - С. 49-51.Chukanov, A.N., Tsoi, E.V., Frolov, A.A. 2024, “The use of photogrammetry in technological training of university students”, Modern materials, equipment and technologies, № 2(53), pp. 43–48.Чуканов, А.Н., Яковенко, А.А., Цой, Е.В., Гончаров, С.С. Коэффициент Ланкфорда и скорость деформации в изделиях селективного лазерного сплавления // 2 Всеросс. нац. научно-техн. конф. «Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении (ТМ-05)» Сб. научн. тр. (11-12.04.2024 г.).- Воронежский гос. техн. ун-т, г. Воронеж: ВГТУ, 2024. 425 с. - С. 382-387.Chukanov, A.N., Tsoi, E.V., Frolov, A.A. 2024, “Development of technology for registration and analysis of localized deformation of materials”, Modern materials, technique and technologies, № 2(53), pp. 49–51.Чуканов, А.Н., Добровольский, Н.Н., Цой, Е.В., Яковенко, А.А. Математические методы наблюдения волновых процессов при деформации изделий 3d технологии» // Известия Юго-Западного государственного университета. Техника и технологии. - 2023. - Т.13 (4). - С. 32 - 42.Chukanov, A.N., Yakovenko, A.A., Tsoi, E.V., Goncharov, S.S. 2024, “The Lankford coefficient and the deformation rate in selective laser fusion products”, 2 All-Russian National Scientific and Technical Conf. “Prospects for the development of processing technologies and equipment in mechanical engineering (TM-05)”, Collection of scientific tr. (11-12.04.2024).- Voronezh State Technical University. Univ., Voronezh: VSTU, 425 p. - pp. 382-387.Чуканов, А.Н., Цой, Е.В., Фролов, А.А. Разработка технологии регистрации и анализа локализованной деформации материалов // Современные материалы, техника и технологии, 2024. - № 2(53). - С. 49-51.Chukanov, A.N., Dobrovolskii, N.N., Tsoi, E.V., Yakovenko, A.A. 2023, “Mathematical methods for observing wave processes during deformation of 3d technology products”, Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Engineering and technology, Vol.13(4), pp. 32–42.Чуканов, А.Н., Коротков, В.А., Яковенко, А.А., Цой, Е.В., Фролов, А.А. Определение коэффициента анизотропии и скорости локальной деформации в аддитивных сплавах // Известия ТулГУ. Серия: Технические науки. -2024. Вып. 3. – С. 224 - 229.Chukanov, A.N., Tsoi, E.V., Frolov, A.A. 2024, “Development of technology for registration and analysis of localized deformation of materials”, Modern materials, technique and technologies, № 2(53), pp. 49–51.Моськин, Г.В., Никитенков, В.Л., Ситкарев, Г.А. Синтез матрицы преобразования перспективы // Вестник Сыктывкарского университета. Серия 1. Математика. Механика. Информатика. 2013. № 17. С.127-134.Chukanov, A.N., Korotkov, V.A., Yakovenko, A.A., Tsoi, E.V., Frolov, A.A. 2024, “Determination of the anisotropy coefficient and the rate of local deformation in additive alloys”, Izvestiya TulSU. Series: Technical Sciences, Iss. 3, pp. 224–229.Suyoung, Seo. Line-Detection Based on the Sum of Gradient // Angle Differences Applied Sciences, Vol. 10, Iss. 1, 2019. https://doi.org/10.3390/app10010254Moskin, G.V., Nikitenkov, V.L., Sitkarev, G.A. 2013, “Synthesis of the perspective transformation matrix”, Bulletin of Syktyvkar University. Series 1. Mathematics. Mechanics. Computer science, № 17, pp. 127–134.Yichao Zhou, Haozhi Qi, Yi Ma, End-to-End Wireframe Parsing // arXiv.org. 2021. [Текст электронный:]: 04.05.2021. URL: https://arxiv.org/abs/1905.03246. (Дата обращения 10.08.2023).Suyoung Seo. 2019, “Line-Detection Based on the Sum of Gradient”, Angle Differences Applied Sciences, Vol. 10, Iss. 1. https://doi.org/10.3390/app10010254James H. Elder, Emilio J. Almazan, Yiming Qian, Ron Tai. MCMLSD: A Probabilistic Algorithm and Evaluation Framework for Line Segment Detection // arXiv.org. 2020. [Текст электронный:] URL: https://arxiv.org/abs/2001.01788 (Дата обращения 10.08.2023).Yichao Zhou, Haozhi Qi, Yi Ma. 2021, “End-to-End Wireframe Parsing”. arXiv.org. [Electronic text:]: 05/04/2021. URL: https://arxiv.org/abs/1905.03246. (Accessed 08/10/2023).Басалов, Ю.А., Чуканов, А.Н., Цой, Е.В. Анализ видеоизображений в рамках задачи вычисления локальных деформаций при растяжении//Матер. XXII Межд. конф. «Алгебра, теория чисел, дискретная геометрия и многомасштабное моделирование: современные проблемы, приложения и проблемы истории», посвящ. 120-летию со дня рожд. акад. А.Н. Колмогорова и 60-летию со дня открытия школы-интернат № 18 при Московском универ-James H. Elder, Emilio J. Almazan, Yiming Qian, Ron Tai. 2020, “MCMLSD: A Probabilistic Algorithm and Evaluation Framework for Line Segment Detection”. arXiv.org. [Electronic text:] URL: https://arxiv.org/abs/2001.01788 (Accessed 08/10/2023).ситете. - Тула, 26-29.09.2023 г.- Тула: Тул. гос. пед. ун-т им. Л.Н. Толстого. - 350 с.-Тула, 2023. С. 370-373.Basalov, Yu.A., Chukanov, A.N., Tsoi, E.V. 2023, “Analysis of video images in the framework of the problem of calculating local strains under tension” Mater. XXII International Conference “Algebra, number theory, discrete geometry and multiscale modeling: modern problems, applications and problems of history”, dedicated. The 120-th anniversary of his birth. Academician A.N. Kolmogorov and the 60-th anniversary of the opening of boarding school No. 18 at MoscowМеханика неоднородных тел: уч. пос./ В.И. Андреев, М.: Изд-во «Юрайт». 2015, 255 с.University, Tula, 26-29.09.2023- Tula: Tula State Pedagogical University. L.N. Tolstoy Univ. -350 p.-Tula, pp. 370–373.Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х Т./Ред. совет: Е.И. Семёнов и др.– Т.1. Материалы и нагрев. Испытания технологических свойств листовых материалов- А.Д. Матвеев. – М.: Машиностроение, 1985. 568 с. С. 154-163.Mechanics of inhomogeneous bodies: uch. pos./ V.I. Andreev, M.: Publishing house “Yurayt”. 2015, 255 p. 19.Чуканов, А.Н., Коротков, В.А., Яковенко, А.А., Цой, Е.В., Фролов, А.А. Характер упрочнения аддитивных сплавов высокой прочности // Известия ТулГУ. Серия: Технические науки. -2024. Вып. 4. – С. 421 - 426.Forging and stamping: A reference book. In 4 Volumes/Ed. Tip: E.I. Semenov et al. – Vol. 1. Materials and heating. Tests of technological properties of sheet materials - A.D. Matveev. –M.: Mashinostroenie, 1985. 568 S. S. 154–163.Чуканов, А.Н., Коротков, В.А., Яковенко, А.А., Цой, Е.В., Фролов, А.А. Влияние анизотропии на характер упрочнения в аддитивных сплавах высокой прочности // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т.14, № 3. С. 19–29. https://doi.org/10.21869/2223-1528- 2024-14-3-19-29Chukanov, A.N., Korotkov, V.A., Yakovenko, A.A., Tsoi, E.V., Frolov, A.A. 2024, “The nature of hardening of additive alloys of high strengthNews of TulSU. Series: Technical Sciences, Iss. 4, pp. 421–426.Chukanov, A.N., Korotkov, V.A., Yakovenko, A.A., Tsoi, E.V., Frolov, A.A. “The effect of anisotropy on the character of hardening in high-strength additive alloys”, Proceedings of the Southwestern State University. Series: Engineering and Technology, Vol.14, № 3, pp. 19–29. https://doi.org/10.21869/2223-1528 - 2024-14-3-19-29.Chukanov, A.N., Korotkov, V.A., Yakovenko, A.A., Tsoi, E.V., Frolov, A.A. “The effect of anisotropy on the character of hardening in high-strength additive alloys”, Proceedings of the Southwestern State University. Series: Engineering and Technology, Vol.14, № 3, pp. 19–29. https://doi.org/10.21869/2223-1528 - 2024-14-3-19-29.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.