Устройство для контроля внутренних поверхностей тел

Устройство для контроля внутренней поверхности тел содержит корпус, в котором последовательно установлены электрическая лампа, тороидальная линза, коническое зеркало кольцевого обзора, объектив и масштабная сетка. Дополнительно содержит расположенную перед лампой диафрагму с кольцевым и центральным круглым вырезами, перед которыми установлены светофильтры, соответственно кольцевой и круглой формы, второй зеркальный конус, расположенный за диафрагмой, причем вершина конуса обращена к лампе, за объективом на продольной оси корпуса расположены полупрозрачное зеркало, светофильтр, измерительная сетка и первая телевизионная камера, а за объективом на оси, перпендикулярной продольной оси корпуса, последовательно установлены второй светофильтр, вторая измерительная сетка и вторая телевизионная камера. Технический результат - расширение зоны контроля внутренней поверхности изделий при одновременном контроле его внутреннего профиля и обеспечение возможности получения соответствующих телевизионных изображений при их компьютерной обработке. 3 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю, более конкретно - к устройствам для визуального и/или телевизионного контроля внутренней поверхности тел, например трубопроводов различного типа, сварных труб, корпусов авиадвигателей, дымоходов и т.п.

Известно устройство для контроля внутренней поверхности тел, включающий цилиндрический корпус и последовательно установленные внутри него вдоль его продольной оси осветительную систему с электрической лампой и тороидальной линзой систему наблюдения с зеркалом кольцевого обзора, объектив, масштабную сетку и окуляр, причем зеркало системы наблюдения выполнено с конической отражательной поверхностью, вершина конуса которой направлена в сторона объектива.

Недостатком устройства является невозможность визуального контроля поверхности изделия в зоне, расположенной вне ярко освещенной кольцевой полоски на его внутренней поверхности, формируемый от источника света торической линзой и имеющей высокий контраст, создающий практически бинарное изображение в плоскости наблюдения.

Применение световода для передачи изображения ограничивает глубину просмотра, снижает комфортность наблюдения, не позволяет проводить цифровую обработку изображения на компьютере.

Таким образом, существует техническая задача расширения зоны контроля при визуальной дефектоскопии внутренней поверхности изделий при одновременном контроле его внутреннего профиля и обеспечение возможности получения соответствующих телевизионных изображений при их компьютерной обработке.

Нами предлагается решение данной технической задачи, основанное на введении в устройство дополнительно диафрагмы с кольцевым и круглым центральным вырезом, установленной перед лампой и на которой размещены светофильтры соответственно кольцевой и круглой формы, второй зеркальный конус, расположенный за диафрагмой на продольной оси корпуса, причем вершина конуса обращена к лампе, где максимальный Dmax и минимальный Dmin диаметры кольцевого выреза диафрагмы определяются соответственно формулами Dmax=2·SД·tgαmax, Dmin=2·SД·tgαmin, где , D2 - внешний диаметр тороидальной линзы, Sл - расстояние от лампы до тороидальной линзы, SD - расстояние от лампы до диафрагмы, αmin=arctg(D1/2·Sл), D1 - внутренний диаметр тороидальной линзы.

Диаметр центрального выреза диафрагмы Dц, максимальный диаметр второго зеркального конуса Dк и расстояние от лампы до второго конуса Sк связаны соотношением Dк=Dц·(Sк/Sл).

За объективом его оптической оси, совпадающей с продольной осью корпуса, расположены последовательно полупрозрачные зеркало, первый светофильтр, первая измерительная сетка и первая телекамера, а на оси, перпендикулярной оси объектива и проходящей через точку пресечения полупрозрачного зеркала с осью объектива последовательно расположены второй светофильтр, вторая измерительная сетка и вторая телекамера, идентичная первой, причем расстояния от точки пересечения оси объектива с полупрозрачным зеркалом первой и второй телекамер вдоль соответствующих осей равны, первый светофильтр имеет спектральную характеристику, идентичную кольцевому светофильтру диафрагмы, второй светофильтр имеет спектральную характеристику, идентичную центральному светофильтру диафрагмы, причем спектральные характеристики светофильтров не перекрываются в спектральном диапазоне чувствительности обеих телекамер, телекамеры связаны с видеомониторами и/или компьютерными системами визуализации, причем изображение кольцевой полоски, формируемой тороидальной линзой на поверхности объекта в спектральном диапазоне пропускания первого фильтра и отображающее ее профиль, наблюдается только на системе визуализации, связанной с первой телекамерой, а изображение кольцевой зоны поверхности объекта и расположенных на ней различных дефектов, формируемых второй телекамерой в спетральном диапазоне второго светофильтра, наблюдаются только на системе визуализации, связанной со второй телекамерой, при этом в силу симметрии оптических элементов системы наблюдения, расположенных за объективом, и идентичности оптических характеристик первой и второй телекамер формируемые ими разноспектральные изображения равномасштабны, а цены делений первой и второй измерительных сеток равны друг другу.

Схема устройства представлена на фиг.1.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1 и последовательно установленные в нем электрическую лампу 2, тороидальную линзу 3, диафрагму 1 с вырезами кольцевой и круглой формы, расположенные на ней кольцевой фильтра 5 и круглый фильтр 6 с различными спектральными характеристиками, не перекрывающимися в спектральном диапазоне чувствительности телекамер, зеркальный конус 7, вершина которого обращена к лампе, зеркальный конус 8 в систему наблюдения с вершиной, обращенной к объективу 9, светоделительное зеркало 10, первый светофильтр 11 и первая измерительная сетка 12, расположенные перед телекамерой 13, второй светофильтр 14, вторая измерительная сетка 15, вторая телекамера 16, системы визуализации видеосигналов 17 и 18, формируемых соответственно первой и второй телекамерами.

Системы визуализации и обработки изображения могут содержать компьютер (на фиг.1 не показан в силу общеизвестности) и т.п. устройства.

Устройство работает следующим образом.

Тороидальная линза 3 формирует на поверхности объекта узкую световую полоску кольцевой формы в спектральном диапазоне, определяемом спектром пропускания установленного на диафрагме кольцевого фильтра, например, красного цвета в случае применения для изготовления фильтра стекла марки КС-19.

Часть светового потока лампы 2, прошедшая через фильтр 6, установленный перед центральным вырезом диафрагмы с помощью второго зеркального конуса 7, имеющего угол при вершине 90° и установленного на расстоянии Sк от лампы 2, равном расстоянию Sл от нее до плоскости изображения тороидальной линзы 3, освещает внутреннюю поверхность объекта в кольцевой зоне, симметрично расположенной относительно изображения кольцевой световой плоски, формируемой тороидальной линзой 3.

Ширина этой зоны на поверхности объекта, приблизительно равная осевой длине конуса lк=V2·(Dк/2), выбирается с учетом глубины резкости объектива 9 системы наблюдения. При этом спектр излучения, прошедшего через центральный фильтр 6, не перекрывается со спектром излучения, проходящего через кольцевой фильтр 5.

Объектив 9 с помощью конического зеркала 8 кольцевого наблюдения, полупрозрачного зеркала 10, фильтров 14 формирует на входе первой телекамеры изображение кольцевой световой полоски, формируемого тороидальной линзой 3. При этом в соответствии и с известным принципом светового сечения контур изображения этой полоски полностью повторяет профиль внутренней поверхности объекта в плоскости, совпадающей с фокальной плоскостью тороидальной линзы, перпендикулярной продольной оси корпуса.

Углы между нормалью к поверхности объекта и оптическими осями тороидальной линзой 3 и объектива 9 (с учетом отражения от конуса 8, имеющего угол при вершине 45°) приняты равными 45° для уменьшения искажений изображения профиля объекта в контролируемом сечении, т.к. спектр пропускания фильтра 14 идентичен спектру пропускания фильтра 5 и не перекрывается со спектром пропускания фильтров 6 и 11 (см. фиг.2), на экране системы визуализации 18 телекамеры 16 наблюдается только изображение светового сечения объекта (фиг.3,а).

Одновременно с помощью объектива 9 зеркального конуса 8 фильтра 11 и телекамеры 13 на экране системы визуализации 17 формируется изображение объекта в кольцевой зоне, прилегающей к плоскости светового сечения (фиг.3,б). Таким образом, оператор одновременно может контролировать изображения светового сечения объекта и качество поверхности в прилегающей к ней кольцевой зоне.

Измерительные сетки 12 и 15 служат для оценки размеров дефектов и искажения профиля изделия.

Устройство для контроля внутренней поверхности тел, содержащее полый цилиндрический корпус, в котором последовательно установлены внутри него вдоль его продольной оси осветительная система, содержащая электрическую лампу и тороидальную линзу и наблюдательную систему из конического зеркала кольцевого обзора, объектива и масштабной сетки, отличающееся тем, что дополнительно содержит расположенную перед лампой на продольной оси корпуса диафрагму с кольцевым и центральным круглым вырезами, перед которыми установлены светофильтры, соответственно кольцевой и круглой формы, спектральные характеристики которых не перекрываются, второй зеркальный конус, расположенный за диафрагмой на продольной оси корпуса, причем вершина конуса обращена к лампе, максимальный Дmax и минимальный Дmin диаметры кольцевого выреза диафрагмы, установленной перед лампой, определяются соответственно формулами Дmax=2·SД·tgαmax, где SД - расстояние от диафрагмы до лампы,

,

где Д2 - внешний диаметр тороидальной линзы, S1 - расстояние от лампы до этой линзы, Дmin=2·SД·tgαmin,

где

Д1 - внутренний диаметр тороидальной линзы, а диаметр Дц - центрального выреза в диафрагме, установленной перед лампой, и максимальный диаметр второго зеркального конуса осветительной системы Дк связаны с расстоянием до этого конуса от лампы Sк соотношением

,

за объективом на продольной оси корпуса расположены полупрозрачное зеркало, светофильтр, измерительная сетка и первая телевизионная камера, за объективом на оси, перпендикулярной продольной оси корпуса и проходящей через точку пересечения полупрозрачного зеркала с продольной осью корпуса, последовательно установлены второй светофильтр, вторая измерительная сетка и вторая телевизионная камера, причем расстояния от точки пересечения полупрозрачного зеркала с продольной осью корпуса до первой и второй телевизионных камер вдоль соответствующих осей равны друг другу, первый расположенный за объективом перед первой телекамерой светофильтр имеет спектральную характеристику пропускания, идентичную кольцевому светофильтру, расположенному на установленной перед лампой диафрагме, а второй светофильтр, расположенный за объективом перед второй телекамерой, имеет спектральную характеристику пропускания, идентичную кольцевому светофильтру, расположенному на установленной перед лампой диафрагме, а второй светофильтр, расположенный за объективом перед второй телекамерой, имеет спектральную характеристику пропускания, идентичную круглому светофильтру, расположенному перед центральным круглым вырезом диафрагмы, установленной перед лампой накаливания, при этом изображение кольцевой полоски, отображающей профиль поверхности, наблюдается только на первом мониторе, визуализирующем видеосигнал от первой телекамеры, а изображения кольцевой зоны поверхности объекта и ее дефектов наблюдаются только на втором мониторе, визуализирующем видеосигнал от второй телекамеры, при этом масштабы изображений кольцевой полоски, отображающей профиль объекта на первом мониторе и центрального участка изображения поверхности объекта на втором мониторе, а также цены делений первой и второй измерительных сеток, равны друг другу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю с помощью визуально-оптических средств и может быть использовано для контроля конструкций в авиакосмической и оборонной технике, а также в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам жестких эндоскопов, предназначенных для контроля за проведением медицинских манипуляций, а также визуального осмотра особо узких полостей и каналов организма человека.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах гибких и жестких эндоскопов с малым диаметром, предназначенных для наблюдения внутренних полостей при эндоскопических исследованиях в медицине и различных областях техники.

Изобретение относится к оптическому медицинскому приборостроению, в частности к эндоскопии, и может быть использовано в устройствах, осуществляющих механическое соединение и оптическое согласование проксимального конца эндоскопа с фотографической или телевизионной аппаратурой, а также при необходимости осуществления перемещения объектов, находящихся в герметичных объемах.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в теплоэнергетике для контроля состояния внутренних поверхностей дымовых труб без останова котла.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к оптическим системам жестких эндоскопов, предназначенных для контроля за проведением диагностических, лечебных и хирургических манипуляций, а также визуального осмотра особо узких полостей и биологических каналов тела человека.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к оптическим системам эндоскопов и найдет применение в эндоскопах приборах, предназначенных для осмотра и фотографирования различных полостей и биологических каналов тела человека.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более конкретно к методам и средствам измерения и контроля профиля торцевых участков тел вращения, и может быть использовано для бесконтактного автоматизированного контроля и сортировки гофрированных мембран и других подобных осесимметричных изделий с волновым профилем.

Изобретение относится к области геодезических измерений, в частности к оптоэлектронным методам и средствам контроля геометрического смещения объектов относительно выбранной системы координат.

Изобретение относится к области измерений контуров или кривых и касается способа определения параметров трехмерного объекта, заключающегося в освещении объекта коллимированным параллельным пучком когерентного монохроматического света, направленным под углом подъема винтовой поверхности относительно оси объекта, в качестве которого используют объект с винтовой поверхностью, получении оптического изображения его профиля и последующей обработки полученного профиля изображения для осуществления дальнейших расчетов его параметров, при этом освещение объекта осуществляют одновременно на двух участках коллимированными параллельными пучками когерентного монохроматического света, направленными под углом подъема винтовой поверхности относительно оси объекта, причем эти два пучка располагают симметрично относительно продольной оси объекта и получают два изображения указанного профиля, взаимное расположение отдельных элементов в которых не зависит от наличия вибраций и тряски.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения формы объекта и устройствам для его осуществления, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении и других областях техники для измерения геометрических параметров профиля поверхности объекта оптоэлектронным методом.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интерферометрии, и может быть использовано для контроля формы крупногабаритных вогнутых, выпуклых сферических и плоских поверхностей.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение для бесконтактного измерения и контроля геометрических параметров компрессорных и турбинных лопаток и других подобных изделий сложной формы.

Изобретение относится к измерительным устройствам, которые могут использоваться для осмотра и освидетельствования колесных пар вагонов железных дорог. .

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может найти применение для бесконтактного измерения геометрических параметров компрессорных, турбинных лопаток, пресс-форм, стержней и оснастки при производстве газотурбинных двигателей (ГТД), шаблонов, мембран, обрабатывающего инструмента и т.д.
Наверх