ОПТИКО-ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2013 года по МПК G02B23/24 A61B1/06 

Изобретение относится к приборам неразрушающего контроля технологического оборудования атомных электростанций в условиях затрудненного доступа, в сильных радиационных полях, в жидких и воздушных средах, а именно для дистанционного визуального контроля реакторного пространства, внутренней поверхности технологических каналов, элементов графитовой кладки, подводных металлоконструкций транспортно-технологических емкостей, трубопроводов, сосудов, емкостей, полостей и т.п., а также для наблюдения за технологическими операциями в бассейнах выдержки топлива, технологических шахтах, хранилищах радиоактивных отходов.

Известно устройство для поиска и выявления дефектов в частях с помощью эндоскопии (Патент РФ 2349943, G02B 23/26, опубл. 20.03.09). Устройство для поиска и обнаружения дефектов в недоступных местах, которые расположены за стенкой, содержит первый эндоскоп для освещения видимым светом и наблюдения, причем первый эндоскоп и трубочки для подачи и напыления веществ для испытаний с проникновением расположены вместе в стержне. Стержень, который может быть введен в отверстие в стенке, чтобы обследовать часть изделия. Устройство дополнительно содержит второй эндоскоп, независимый от первого эндоскопа и от стержня и предназначенный для облучения ультрафиолетовым излучением и для осмотра участка той части, который был обработан веществами для испытаний с проникновением. Технический результат: повышение качества осмотра УФ светом.

Указанное устройство обладает некоторыми недостатками. При малом диаметре (4 мм) и большой длине эндоскоп неизбежно будет изгибаться, что приведет либо к частичному, либо к полному виньетированию изображения. Поэтому длина эндоскопа и, следовательно, расстояние до исследуемой поверхности будут ограничены допустимой величиной виньетирования изображения.

Для освещения исследуемой поверхности в устройстве используется оптоволоконный кабель. При таком способе освещения требуется дополнительное устройство - осветитель, состоящий из источника света и линз для фокусировки светового потока на входной торец оптоволоконного кабеля.

Известна оптическая система эндоскопа (Патент РФ №2337606, A61B 1/055, 10.11.08), относящегося к медицинской технике. Предназначено для наблюдения узких биологических каналов и труднодоступных полостей тела человека. Оптическая система эндоскопа содержит объектив, оптическую передающую систему, световод, используемый для освещения. Дополнительно в систему введены передающая камера, канал связи, телевизионный приемник, коллиматор. Выход объектива соединен с входом передающей системы, выход передающей системы соединен с входом окуляра, выход окуляра соединен с входом передающей камеры, выход передающей камеры соединен с входом канала связи, выход канала связи соединен с входом телевизионного приемника, выход телевизионного приемника соединен с входом коллиматора. Применение данной системы позволит повысить качество диагностики при проведении эндоскопии за счет получения трехмерной визуальной модели исследуемого органа с возможностью определения координат наблюдаемых объектов и их частей по всем трем координатам.

Указанное устройство обладает некоторыми недостатками. В медицине для передачи изображения наиболее целесообразно использовать гибкий оптоволоконный кабель. При этом на изображение исследуемого объекта накладывается изображение торца оптоволоконного кабеля - ячеистая структура (изображения отдельных оптических волокон кабеля); пылинки, микрочастицы, грязь, которые всегда в той или иной мере присутствуют на поверхности торца кабеля и портят изображение. Кроме того, разрешающая способность всей системы зависит от диаметра оптического волокна кабеля. Линзовые эндоскопы дают более высокое качество изображения, но не всегда приемлемы в медицине.

Известен прибор смотровой, предназначенный для осмотра стенок и определения углового размера и положения дефекта сухих вертикальных скважин ступенчатой конструкции: прибор смотровой РВП-489, техническое описание и инструкция по эксплуатации Г.38.82.047 ТО; завод-изготовитель - КОМЗ (Казанский оптико-механический завод), выбранный в качестве прототипа.

Оптическая схема прибора РВП-489 состоит из поворотного зеркала; объектива, состоящего из трех линз и предназначенного для бокового и кругового наблюдения; двухлинзового склеенного объектива; одиннадцати телескопических систем, чередующихся последовательно одна за другой и состоящих каждая из двух двухлинзовых склеенных объективов; защитного стекла; поворотного зеркала; окулярной части, включающей двухлинзовый склеенный объектив и окуляр. В качестве источника света применяется лампа К10.5080 ГОСТ 4019-74.

Конструктивно прибор состоит из осветителя; трубы с одним двухлинзовым склеенным объективом; десяти телескопических труб; одной телескопической Г-образной трубы; окулярного устройства.

Осветитель, телескопические трубы и окулярное устройство крепятся между собой резьбовым соединением и цилиндрическими направляющими.

Резкость изображения рассматриваемой поверхности достигается перемещением окуляра вдоль оси. Окулярное устройство может поворачиваться относительно сетки объектива с перекрестием на 3600.

Осветительная система состоит из следующих элементов: осветителя с лампой; проводников тока, одним из которых является корпус прибора, вторым - провод, проложенный внутри прибора. При соединении труб, а также осветителя, электрический контакт обеспечивается контактными кольцами, запрессованными в торцы стыковочных втулок; шнура с выключателем; трансформатора. На приборе имеется контактная муфта, на которую надевается зев выключателя со шнуром. Вилка шнура соединяется с осветительной сетью через трансформатор. Рым-болт на Г-образном звене предназначен для извлечения прибора из скважины.

Недостатками прототипа являются: негерметичность прибора; возможность измерения только угловых размеров дефектов; круговое наблюдение с центральным экранированием; ограничение поля зрения («залунение») при изгибе эндоскопа; возможность нарушения электрического контакта при изгибе эндоскопа; отсутствие возможности видеодокументирования и получения телевизионного изображения; необходимость демонтажа прибора при контроле скважин на разных высотах.

Задачей настоящего изобретения является разработка оптико-телевизионного устройства для дистанционно-визуального контроля с целью проведения дистанционного визуального контроля технологического оборудования в жидких и воздушных средах, в сильных радиационных полях. Сменные объективы позволяют проводить как микроскопическое наблюдение, так и телескопическое; сменные оптические насадки - боковое и круговое наблюдение без центрального экранирования; применение Т-образного звена позволяет осуществлять либо визуальное наблюдение через зрительную трубу, либо телевизионное на экране телевизора или монитора ПК без демонтажа устройства; применение компенсатора позволяет полностью устранить ограничение поля зрения при изгибе эндоскопа; применение видеомодуля и блока питания и управления позволяет дистанционно управлять устранением виньетирования, настройкой резкости изображения, ориентацией изображения на экране телевизора (монитора); применение подпружиненных контактов значительно снижает вероятность размыкания электрической цепи при изгибе эндоскопа; возможность установки измерительной сетки в зрительной трубе позволяет проводить измерение линейных размеров наблюдаемых дефектов по определенному алгоритму; возможность подключения устройства к ПК позволяет производить видеозапись наблюдаемых объектов или процессов с целью документирования и дальнейшей работы с изображениями.

Поставленная задача решается тем, что оптико-телевизионное устройство для дистанционного визуального контроля (рис.1) содержит осветитель, объективы, формирующее звено, передающие звенья, Т-образное звено, зрительную трубу и видеомодуль, но в отличие от прототипа в заявленном изобретении используют: боковую 1 и торцевую 2 оптические насадки из нержавеющей стали в качестве осветителя; четырехлинзовый формирующий объектив 3 с фокусным расстоянием f'=20 мм и сменные формирующие объективы 4, 5 и 6 соответственно с фокусными расстояниями f'=40, 70 и 130 мм, изготовленные из радиационно-стойкого стекла, для реализации микроскопического и телескопического режимов наблюдения; Т-образное звено 9 для стыковки эндоскопа одновременно с видеомодулем 12, компенсатором 10 и зрительной трубой 11, представляющее собой оптико-механический узел с поворотным зеркалом, установленным на оси вращения в центре звена с углом между осью вращения зеркала и оптической осью эндоскопа, равным 45 градусам, с возможностью фиксации двух положений, устанавливаемых вручную с помощью рычага, для переноса изображения либо на фотоприемник видеомодуля (зеркало выводится из светового пучка), либо через зрительную трубу на сетчатку глаза наблюдателя; блок питания и управления для функционирования устройства. Для передачи между звеньями эндоскопа питающего осветитель напряжения используют в стыковочных втулках звеньев подпружиненные контактные кольца, обеспечивающие надежный электрический контакт при изгибе эндоскопа. Для стыковки звеньев между собой и с оптическими насадками используют стыковочные втулки с уплотнительными кольцами из радиационно-стойкой резины, обеспечивающие герметичную стыковку звеньев друг с другом и возможность работы в радиационных полях. Устройство также содержит зрительную трубу с возможностью установки в ней измерительной сетки и компенсатор, установленный перед зрительной трубой и содержащий два оптических клина с возможностью вращения вокруг оптической оси для устранения ограничения поля зрения, возникающего при изгибе эндоскопа. Видеомодуль включает два оптических клина, проекционный объектив с микрометрической подвижкой, снабженные электроприводами, малогабаритную телевизионную камеру в качестве фотоприемника, микропроцессорный блок управления.

Последовательность сборки устройства показана на рисунке 1. С помощью рым-болта 13 и стропа видеомодуль 12 подвешивается на крюк крана. Затем к видеомодулю 12 последовательно посредством резьбовых соединений пристыковываются Т-образное звено 9, компенсатор 10, зрительная труба 11, необходимое количество передающих звеньев 8 (до 15), формирующее звено 7, один из объективов (3, 4, 5 или 6 - в зависимости от поставленной задачи), оптическая насадка 1 или 2. Оптическая насадка 1 используется для бокового обзора, насадка 2 - для торцевого (кругового) обзора. Накидные гайки резьбовых соединений затягиваются специальным ключом для придания эндоскопу жесткости и повышения надежности электрического контакта.

Работает устройство следующим образом. Склеенная линза 19 формирующего объектива (рис.2) через окно 18 оптической насадки создает промежуточное изображение 20 предмета. Далее промежуточное изображение 20 склеенной линзой 21 формирующего звена, склеенными линзами 22 и 23 передающего звена, клиньями 28 видеомодуля и объективом 29 видеомодуля переносится на светочувствительную поверхность 30 фотоприемника, в качестве которого используется малогабаритная телевизионная камера. Световое изображение преобразуется фотоприемником в видеосигнал, который по кабелю 14 (рис.1) передается на блок питания и управления 15 и далее по видеокабелю 16 - на телевизор 17. При необходимости для видеозаписи используется видеомагнитофон или видеорегистратор. Клинья 28 (рис.2) имеют возможность вращения вокруг оптической оси. Для этого каждый из клиньев 28 снабжен электроприводом, управление которыми осуществляется с блока питания и управления 15 (рис.1) по кабелю 14. Клинья вращаются до полного устранения ограничения поля зрения. Настройка резкости изображения производится подвижкой объектива 29 (рис.2) видеомодуля вдоль оптической оси. Подвижка объектива осуществляется с помощью электропривода, управляемого дистанционно с блока питания и управления 15 по кабелю 14 (рис.1).

Для ориентации изображения на экране телевизора предусмотрено вращение телекамеры вокруг оптической оси с помощью электропривода, управляемого дистанционно с блока питания и управления 15 по кабелю 14 (рис.1). Все электроприводы, расположенные в видеомодуле, а также телекамера запитываются с блока питания и управления 15 по кабелю 14 постоянным напряжением.

В устройстве предусмотрен режим визуального наблюдения исследуемого объекта глазом через зрительную трубу 11 (рис.1), состоящую из склеенной линзы 26 и окуляра 27 (рис.2). Настройка резкости изображения производится подвижкой окуляра 27. Для реализации режима визуального наблюдения в оптической схеме устройства предусмотрено поворотное зеркало 24 (рис.2), конструктивно расположенное в Т-образном звене 9 (рис.1). Между Т-образным звеном и зрительной трубой устанавливается компенсатор 10 (рис.1) для устранения ограничения поля зрения при изгибе эндоскопа. Вращение клиньев 25 (рис.2) компенсатора осуществляется вручную. Т-образное звено, компенсатор и зрительная труба стыкуются посредством резьбовых соединений.

Лампы подсветки запитываются переменным напряжением. В качестве ламп подсветки используются две лампы типа КГМ-12-100, соединенные последовательно. Предусмотрена плавная регулировка величины напряжения питания ламп для выбора наиболее оптимального уровня освещенности поверхности исследуемого объекта.

Устройство содержит осветитель, объективы, формирующее звено, передающие звенья, Т-образное звено, зрительную трубу и видеомодуль. Введен блок питания и управления для функционирования устройства, в качестве осветителя используют боковую и торцевую оптические насадки из нержавеющей стали, в качестве объектива используют четырехлинзовый объектив с фокусным расстоянием f'=20 мм или изготовленный из радиационно-стойкого стекла объектив с фокусным расстоянием f', равным 40, 70 или 130 мм. Формирующее звено и передающие звенья переносят промежуточное изображение, созданное объективом, через Т-образное звено на фотоприемник видеомодуля, при этом зеркало выводится из светового пучка, либо через зрительную трубу на сетчатку глаза наблюдателя. Т-образное звено представляет собой оптико-механический узел с поворотным зеркалом, установленным на оси вращения в центре звена с углом между осью вращения зеркала и оптической осью эндоскопа, равным 45 градусам, с возможностью фиксации двух положений, устанавливаемых вручную с помощью рычага. Технический результат - обеспечение дистанционного визуального контроля технологического оборудования в жидких и воздушных средах, в сильных радиационных полях. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптико-телевизионное устройство для дистанционного визуального контроля, содержащее осветитель, объективы, формирующее звено, передающие звенья, Т-образное звено, зрительную трубу и видеомодуль, отличающееся тем, что введен блок питания и управления для функционирования устройства, в качестве осветителя используют боковую и торцевую оптические насадки из нержавеющей стали, в качестве объектива используют четырехлинзовый объектив с фокусным расстоянием f'=20 мм или изготовленный из радиационно-стойкого стекла объектив с фокусным расстоянием f', равным 40, 70 или 130 мм, для реализации микроскопического и телескопического режимов наблюдения, при этом формирующее звено и передающие звенья переносят промежуточное изображение, созданное объективом, через Т-образное звено на фотоприемник видеомодуля, при этом зеркало выводится из светового пучка либо через зрительную трубу на сетчатку глаза наблюдателя, причем Т-образное звено представляет собой оптико-механический узел с поворотным зеркалом, установленным на оси вращения в центре звена с углом между осью вращения зеркала и оптической осью эндоскопа, равным 45°, с возможностью фиксации двух положений, устанавливаемых вручную с помощью рычага.

2. Оптико-телевизионное устройство по п.1, отличающееся тем, что для передачи между звеньями эндоскопа питающего осветитель напряжения используют в стыковочных втулках звеньев подпружиненные контактные кольца, обеспечивающие надежный электрический контакт при изгибе эндоскопа.

3. Оптико-телевизионное устройство по п.1, отличающееся тем, что для стыковки звеньев между собой и с оптическими насадками используют стыковочные втулки с уплотнительными кольцами из радиационно-стойкой резины, обеспечивающие герметичную стыковку звеньев друг с другом и возможность работы в радиационных полях.

4. Оптико-телевизионное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство содержит зрительную трубу с возможностью установки в ней измерительной сетки и компенсатор, установленный перед зрительной трубой и содержащий два оптических клина с возможностью вращения вокруг оптической оси для устранения виньетирования, возникающего при изгибе эндоскопа.

5. Оптико-телевизионное устройство по п.1, отличающееся тем, что видеомодуль включает два оптических клина, проекционный объектив с микрометрической подвижкой, снабженные электроприводами, малогабаритную телевизионную камеру в качестве фотоприемника, микропроцессорный блок управления.