Эндоскопический метод.

Наружный метод позволяет обследовать только легко доступные наружные поверхности объекта и широкие полости, в которые оператор может проникнуть с простыми средствами оптического контроля (оптической системой). Он не позволяет осматривать внутренние поверхности узких, тем более – изогнутых полостей.

Оптическая система – это совокупность оптических деталей (линз, призм, зеркал и т.п.), предназначенная для определенного формирования пучков световых лучей.

К простым оптическим системам относятся зеркала, линзы, очки, лупы. Более сложные системы наружного оптического контроля – телескопы и микроскопы.

Одним из наиболее простых способов наружного оптического контроля труднодоступных поверхностей или поверхностей, наклоненных менее 30 к зрительной оси глаза, является их осмотр с помощью зеркал. Применяют плоские зеркала и сферические.

Плоским зеркалом называют оптическую деталь с плоской отражающей поверхностью, предназначенную для изменения направления оси оптической системы. Комбинация из таких зеркал может обеспечить поворот изображения. Отражательная способность зеркала 95%.

Сферическим зеркалом называют оптическую деталь, сферическая поверхность которой является отражательной.

Линзой называется оптическая деталь, ограниченная преломляющими поверхностями, из которых хотя бы одна является поверхностью вращения. По оптическим свойствам линзы делят на две основные группы:

1) положительные, т.е. собирательные;

2) отрицательные, т.е. рассеивающие.

Линзы отличаются одна от другой расстоянием центров образующих их сферических поверхностей, радиусами и показателями преломления вещества, из которого они сделаны. Величина оптической силы линзы определяется фокусным расстоянием, которое зависит от кривизны преломляющих поверхностей, показателя преломления и толщины линзы. Например, двояковыпуклая линза с большой кривизной поверхностей имеет меньшее фокусное расстояние и большую оптическую силу, так как оптическая сила линзы обратно пропорциональна ее заднему фокусному расстоянию.

За единицу измерения оптической силы линзы принимают оптическую силу такой линзы, фокусное расстояние которой равно 1м; такая единица называется диоптрией. В промышленности диоптрия обозначается «ДПТР».

Например, у положительных линз с фокусным расстоянием +0.4 м оптическая сила составляет 2.5 ДПТР. У отрицательных линз с фокусным расстоянием -0.4 м оптическая сила -2.5ДПТР, а для -4.0 м она равна -0.25ДПТР.

Линзы – это средства коррекции зрения. Их можно разделить на две группы:

1) одноэлементные; к ним относятся: очковые и контактные линзы; однолинзовые лупы; диафрагмы различных видов.

2) многоэлементные; к ним относятся: многолинзовые лупы, телескопические и проекционные системы.

Лупа – это оптическая система, состоящая из одной или нескольких линз, предназначенная для наблюдения предметов, расположенных на ограниченном расстоянии.

Промышленность выпускает лупы общего назначения различных типов и конструкций: складные, карманные, измерительные, часовые, лупы с ручкой и др. Увеличение стандартных луп от 2.5× до 25×. Измерительные лупы выпускаются с увеличением 10×.

При контроле поверхностей больших размеров следует использовать сначала лупу с небольшим увеличением, выявляя подозрительные места, а затем исследовать их лупой с большим увеличением, т.к. лупы с большим увеличением имеют меньшее линейное поле зрения. Лупу следует держать так, чтобы ее плоскость была параллельна поверхности контролируемого объекта и как можно ближе к глазу, так как при этом глаз воспринимает наибольшее количество отраженного от поверхности изделия света.

При оптическом контроле далеко расположенных поверхностей широко используются телескопические системы, которые преобразуют параллельный пучок излучения, поступающий в их входной зрачок, в параллельный, более узкий пучок излучения, выходящий через выходной зрачок системы. Фокусы таких систем находятся в бесконечности, а оптическая сила равна нулю. Такие системы называются афокальными.

Сложная телескопическая система, кроме двух составляющих основных оптических частей – положительных объектива и окуляра (труба Кеплера) и положительного объектива и отрицательного окуляра (труба Галилея), может иметь другие оптические детали, например, защитные стекла, сетки, призмы, светофильтры и т.п. Конструктивно эти детали могут быть отнесены как к объективной, так и к окулярной части.

Микроскопы предназначены для наблюдения близко расположенных предметов. Рабочие микроскопы, используемые в цехах, имеют увеличение порядка 40×, поле зрения около 5 мм. Их применяют при контроле поверхностей, имеющих гальванические покрытия, окрашенных и полированных поверхностей.

Микроскопы измерительные используются в машиностроении для точных измерений линейных размеров контролируемого объекта. Точность измерения линейных размеров 0.01 мм до 0.001мм; угловых от 10’ до 1’; предел измерения линейных размеров 50 – 200мм.

Микроскопы металлографические используются для исследования микроструктуры металлов и других непрозрачных объектов. Работают в отраженном свете. Увеличения от 100× до 1350×; при фотографировании от 45× до 2000×.

Перископический метод позволяет обследовать узкие длинные прямолинейные полости. Перископы – это смотровые приборы, построенные на базе световодной трубы и линзовой оптики с механическим устройством (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Перископический метод оптического контроля прямолинейной полости.

Этим методом, к примеру, в энергетике контролируют поверхность осевых каналов роторов паровых турбин. Длина световодной трубы может достигать 6 м.

Эндоскопический метод позволяет обследовать узкие длинные искривленные полости. Эндоскопы – это смотровые приборы, первоначально построенные на базе волоконной и линзовой оптики с механическим устройством, но сегодня благодаря интенсивному развитию видеоэлектроники они создаются на основе микровидеокамер, портативных компьютеров, а передающим изображение средством является обычный электрический кабель, длина которого может достигать 40 м. При этом ориентация принимающего изображение элемента относительно оси конца световода (кабеля) дистанционно управляется в оптоволоконных эндоскопах с помощью тросика Боудена (подобно ручному тормозу велосипеда), а в современных приборах – стрелками на клавиатуре компьютера (см. рисунок 5).

Эндоскопы применяются:

1) в машиностроительных цехах: для контроля цилиндрических отверстий, пересекающихся отверстий, внутренней резьбы и на других недоступных участках.

2) в авиационно-космической промышленности: для визуального контроля узлов двигателей; систем питания горючим, воздухом; систем управления и торможения.

3) в автомобильной промышленности: для контроля отливок и головок; недоступных мест масляных систем; механических и электрических конструкций; при диагностировании двигателей и т.п.

4) на электростанциях и атомных объектах: для контроля лопаток турбин, генераторов, двигателей, насосов, при визуальном контроле бойлерных труб на точечную коррозию и другие дефекты; при контроле внутренних поверхностей атомных реакторов без разборки.

5) в химической и нефтехимической промышленности: при визуальном контроле испарительных конструкций, ректификационных блоков, камер химических реакций, цилиндров, барабанов и других типов оборудования.

а) б)

Рисунок 5. Эндоскопический метод оптического контроля искривленной полости: а – с помощью оптоволоконного эндоскопа; полости: б – с помощью компьютерного эндоскопа.

В случаях, когда вредное излучение, температура или химическая среда представляет опасность для контроля или, когда конфигурация объекта контроля не дает возможности его контролировать непосредственно, применяют агрегатные комплексы дистанционного оптического контроля, в состав которых входят телевизионная установка, световой прибор и системы позиционирования и транспортировки.