УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ Российский патент 2007 года по МПК G02B23/24 G01B11/30 

Изобретение относится к неразрушающему контролю, а более конкретно к устройствам визуального и измерительного контроля внутренней поверхности корпусов ракет, сосудов высокого давления и т.п. объектов.

Известно устройство для контроля внутренней поверхности объектов, содержащее цилиндрический корпус с последовательно установленными внутри него вдоль его продольной оси осветительной и электрической лампами, системой наблюдения, состоящей из конического зеркала кольцевого обзора, объектива световода, окуляра и масштабной сетки [1].

Недостатком данного устройства является невозможность наблюдения дефектов в направлении, ортогональном оптической оси устройства, и отсутствие телевизионного канала наблюдения.

Известно устройство, позволяющее вести наблюдение дефектов внутренней поверхности объектов с двух направлений с помощью телевизионных систем, оптические оси которых взаимно ортогональны и позволяют наблюдать дефект как в направлении прямого обзора, так и боковом направлении [2].

Недостаток данного устройства - отсутствие средств измерения размеров дефектов, а также определения их координат на внутренней поверхности контролируемого объекта.

Цель изобретения - устранение недостатков приведенных выше аналогов.

Для этого в устройство, содержащее цилиндрический корпус с последовательно расположенными внутри него вдоль его продольной оси осветительной системой, состоящей из лампы накаливания с тороидальной линзой, масштабной сетки и объектива системы наблюдения, дополнительно введены коллиматорная линза, расположенная перед объективом на его оси, телевизионная система, состоящая из ПЗС-матрицы, расположенной в плоскости изображения объектива системы наблюдения, и видеоконтрольного устройства, объектив выполнен панкреатическим с изменяемым фокусным расстоянием, полупрозрачное зеркало, установленное перед коллиматорной линзой на ее оптической оси под углом 45° к ней, два полупроводниковых микролазера с установленными перед ними цилиндрическими линзами, формирующими на внутренней поверхности контролируемого объекта два ортогональных световых штриха в виде светящегося перекрытия, центр перекрытия расположен в плоскости, проходящей через точку пересечения полупрозрачного зеркала с осью объектива перпендикулярно к ней и совпадающей с плоскостью, проходящей через световое кольцо, формируемое торической линзой на внутренней поверхности объекта, первый микролазер расположен в плоскости, проходящей через оптическую ось объектива, а формируемый им плоский световой расходящийся луч перпендикулярен к этой плоскости и наклонен к нормали поверхности объекта в точке ее пересечения с осью пучка под углом α≤arctg (S/H), где S - размер дефекта на поверхности объекта, Н - его глубина, а второй микролазер расположен в плоскости, перпендикулярной оси объектива и проходящей через точку ее пересечения с полупрозрачным зеркалом, и наклонен под углом α к плоскости расположения первого микролазера, фокусное расстояние коллиматорной линзы выбирается из соотношения f≥R+С, где R - радиус контролируемой внутренней поверхности объекта, С≥A/2, где/А - размер полупрозрачного зеркала, масштабная сетка расположена в фокальной плоскости коллиматорной линзы для обеспечения равномасштабности изображений дефекта и сетки, корпус устройства закреплен на механизме, обеспечивающем его продольное перемещение внутри контролируемого объекта вдоль продольной оси корпуса, с возможностью вращения корпуса относительно этой оси и отсчета величин перемещения корпуса и его поворота с помощью расположенных на механизме перемещения измерительных шкал для определения полярных координат залегания дефектов на внутренней поверхности объекта.

Схема устройства приведена на фиг.1.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1, в котором вдоль его продольной оси последовательно установлены электрическая лампа 2, тороидальная линза 3, масштабная сетка 4, полупрозрачное зеркало 7, коллиматорная линза 8, объектив 9, ПЗС-матрица 10, полупроводниковые микролазеры 5 и 6 с цилиндрическими линзами, формирующими плоские расходящиеся пучки света, при этом первый микролазер 5 расположен в плоскости, проходящей через продольную ось корпуса 1, а его ось направлена на поверхность объекта к поверхности в точке падения луча лазера под углом α, второй микролазер 6 расположен в плоскости, проходящей через точку пересечения продольной оси корпуса перпендикулярно к ней, а его ось направлена на внутреннюю поверхность объекта под углом α, при этом плоские расходящиеся пучки света, формируемые установленными перед лазерами цилиндрическими линзами, взаимно перпендикулярны, корпус закреплен на оси 15, которая вращается в подшипнике 11, установленном на стойке 12, закрепленной на подвижной каретке 17, перемещаемой относительно основания 19 до направлению, совпадающему с продольной осью устройства, отсчет продольного перемещения ведется с помощью индекса каретки 17 по шкале 18, закрепленной на основании 18, угол поворота корпуса отсчитывается с помощью индекса 14 по лимбу 13, закрепленному на стойке 12.

Изображение масштабной шкалы и дефектов наблюдается на экране видеоконтрольного устройства 16.

Устройство работает следующим образом.

Тороидальная линза 3 формирует на внутренней поверхности изображение нити накала лампы 2 в виде светящегося кольца, контур которого повторяет рельеф изделия в плоскости, нормальной к оси корпуса 1 и совпадающей с плоскостью, проходящей через точку пересечения полупрозрачного зеркала 7 с продольной осью корпуса и перпендикулярной к ней. На экране видеоконтрольного устройства 16 оператор наблюдает изображение светящегося кольца. Одновременно он наблюдает участок внутренней поверхности объекта с проектируемыми на него лазерными полосками с помощью полупрозрачного зеркала 7, а также изображение масштабной шкалы 4 (см. фиг.2,а). При этом панкреатический объектив 9 видеосистемы наблюдения имеет минимальное фокусное расстояние.

При обнаружении дефекта, например при локальном искажении контура светящегося кольца, оператор вращает корпус 1 до появления на экране изображения дефекта в поле зрения полупрозрачного зеркала (фиг.2,а). Затем оператор изменяет фокусное расстояние панкреатического объектива до значения, при котором изображение дефекта занимает большую часть экрана (фиг.2,б), и, используя изображение масштабной сетки на экране, оценивает размеры дефекта в плоскости, ортогональной линии визирования объектива через полупрозрачное зеркало 7, а также его глубину и/или высоту по величине искривления лазерных полосок, спроектированных на него.

Масштабная шкала 4 и наблюдаемый с помощью системы бокового обзора участок внутренней поверхности объект равноудалены от коллиматорной линзы и расположены в ее фокальной плоскости, что обеспечивает равномасштабность их изображения и облегчает фокусировку объектива 9, работающего при этом в режиме фокусировки ″на бесконечность″, т.к. коллиматорная линза формирует параллельные пучки света, фокусное расстояние коллиматорной линзы выбирается из соотношения f′≥R+C, где R - внутренний радиус контролируемого объекта, С - конструктивный параметр, равный С≥А/2, где А - размер полупрозрачного зеркала. Таким образом, для измерения размеров дефекта достаточно оценить число делений масштабной шкалы, проходящее на его изображения, и умножить на цену этих делений, остающуюся постоянной при любом масштабе изображений, формируемых панкреатическим объективом 9, т.к. шкала и поверхность объекта оптически сопряжены.

Полярные координаты расположения дефекта определяются с помощью лимба 13 и шкалы 18.

Углы падения лазерных плоских пучков на контролируемую поверхность выбираются из условия α≥arctg(Н/S), где Н - максимальная глубина дефектов, S - размер в плоскости залегания (см. фиг.1).

Литература

1. Патент РФ и №1214259 "Устройство для контроля поверхности тел".

2. Промышленный видеоскоп IY6C6 фирмы OCympus, Япония (рекламный проспект прилагается).

Устройство содержит цилиндрический корпус с расположенными внутри него осветительной системой, состоящей из лампы накаливания и торической линзы, масштабной сетки и объектива системы наблюдения. Также в него введены телевизионная система, состоящая из ПЗС-матрицы, расположенной в фокальной плоскости объектива системы наблюдения, и видеоконтрольного устройства, коллиматорная линза, расположенная перед объективом системы наблюдения на его оси, совпадающей с продольной осью корпуса, полупрозрачное зеркало, установленное перед коллиматорной линзой на ее оптической оси под углом 45° к ней, два полупроводниковых микролазера с расположенными перед ними цилиндрическими линзами. Технический результат - расширение технических возможностей известных устройств. 2 ил.

Устройство для контроля внутренней поверхности объекта, содержащее цилиндрический корпус с последовательно расположенными внутри него вдоль его продольной оси осветительной системой, состоящей из лампы накаливания и торической линзы, масштабной сеткой и объективом системы наблюдения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены телевизионная система, состоящая из ПЗС-матрицы, расположенной в фокальной плоскости объектива системы наблюдения, и видеоконтрольного устройства, коллиматорная линза, расположенная перед объективом системы наблюдения на его оси, совпадающей с продольной осью корпуса, полупрозрачное зеркало, установленное перед коллиматорной линзой на ее оптической оси под углом 45° к ней, два полупроводниковых микролазера с расположенными перед ними цилиндрическими линзами, формирующими на внутренней поверхности объекта два ортогональных световых штриха в виде светящегося перекрестия, центр которого расположен в плоскости, проходящей через точку пересечения полупрозрачного зеркала с осью объектива перпендикулярно к ней и совпадающей с плоскостью, проходящей через световое кольцо, формируемое торической линзой на внутренней поверхности объекта, первый микролазер расположен в плоскости, проходящей через оптическую ось объектива, а формируемый им плоский световой расходящийся луч перпендикулярен к этой плоскости и наклонен к нормали поверхности объекта в точке ее пересечения с осью пучка под углом α<arctg(S/H), где S - размер дефекта на поверхности объекта, Н - его глубина, второй микролазер расположен в плоскости, перпендикулярной оси объектива и проходящей через точку ее пересечения с полупрозрачным зеркалом, и наклонен под углом α к плоскости расположения первого микролазера, фокусное расстояние коллиматорной линзы выбирается из соотношения f'≥R+C, где R - радиус контролируемой внутренней поверхности объекта, С≥А/2, где А - размер полупрозрачного зеркала, масштабная сетка расположена в фокальной плоскости коллиматорной линзы для обеспечения равномасштабности изображений дефекта и сетки, корпус устройства закреплен на механизме, обеспечивающем его продольное перемещение внутри контролируемого объекта вдоль продольной оси корпуса, с возможностью вращения корпуса относительно этой оси и отсчета величин перемещения корпуса и его поворота с помощью расположенных на механизме перемещения измерительных шкал для определения полярных координат залегания дефектов на внутренней поверхности объекта.