Радиофизические методы диагностики материалов и сред (стр. 14 )

где – линейный размер поля зрения эндоскопа, мм; и – разрешающие способности по полю зрения эндоскопа и волоконно-оптического жгута соответственно, мм-1.

С помощью эндоскопа можно оценить линейные размеры элементов изделия путем сравнения их между собой или по измерительной шкале, но точность в этом случае невысока, поскольку трудно определить увеличение эндоскопа (масштаб изображения).

3.6.3 Структурная схема телевизионной установки для оптического контроля объектов

Основным оборудованием при реализации телевизионных методов является промышленная телевизионная установка (ПТУ), представляющая собой замкнутую телевизионную систему, сигналы которой чаще всего передаются по кабелям. Промышленные телевизионные установки являются самостоятельными единицами и часто могут быть непосредственно использованы для проведения оптического телевизионного контроля при соответствующем выборе из широко выпускаемой номенклатуры. Структурная схема (рис. 3.3) показывает основные функциональные блоки типичной ПТУ. Ее передающая часть имеет от 1 до 32 телекамер (ТК1, ТК2) с устройствами наведения (УН1, УН2) и оптическими блоками (ОБ1, ОБ2). В общем случае оптические блоки ОБ1, ОБ2 представляют собой набор объективов с различными оптическими системами, смена которых может производиться дистанционно. Промышленные телевизионные системы используют передающие трубки типа «видикон» разных марок. Устройства наведения УН1, УН2 – механического типа – могут поворачивать телевизионную камеру дистанционно по сигналам управления на угол в горизонтальной плоскости и на угол в вертикальной плоскости. Все электрические соединения телекамер между собой и с приемной частью выполнены с помощью распределительных коробок РК1 на передающей и РК2 на приемной сторонах. Соединяются эти коробки между собой магистральным коаксиальным кабелем МК1, по которому идут видеосигналы, импульсы синхронизации и развертки, кабелем управления КУ2, по которому передаются питающие напряжения, а также сигналы управления телекамерами и блоками. Типичная длина кабелей составляет 100–1000 м, с линейным усилителем ЛУ и дополнительными кабелями (МК3 и КУ4) до 5 км. На приемной стороне видеосигналы от распределительной коробки РК2 через центральный блок коммутации и управления БУ поступают на усилитель-распределитель УР, обеспечивающий электрическими сигналами все видеоконтрольные устройства ВКУ, количество которых может быть также различным (чаще 1–4). Видеоконтрольные устройства ВКУ1, ВКУ2 снабжены пультами управления ПУ1, ПУ2, часть которых сделана выносными, что позволяет управлять дистанционно режимом работы системы в целом.

Рис. . Структурная схема промышленной телевизионной установки

Типовые промышленные телевизионные системы обеспечивают 6–7 градаций яркости при освещенности 50–300 лк и четкости изображения около 500 линий в растре. Применение видиконов специального исполнения дает возможность использовать телевизионные методы в случае невидимых излучений (инфракрасные, рентгеновские). Телевизионные сигналы могут быть приведены к более удобному виду блоками вторичной обработки БВО.

Во многих случаях имеет смысл применять цветные телевизионные установки или проводить цветовое контрастирование изображения, что повышает достоверность контроля. Одной из существенных составляющих погрешности в толщинометрии является влияние нелинейности изображения вдоль экрана, создаваемой отклоняющими системами трубок. Для снижения этой погрешности выходной экран градуируют с помощью тест-объектов или координатных сеток, либо помещают их в зону контроля. Если известно предположительное направление дефектов, то следует располагать приемную телевизионную камеру так, чтобы строки были перпендикулярны этому направлению, поскольку при этом снижается вероятность пропуска дефектов. Телевизионные методы позволяют обнаруживать дефекты, минимальный размер которых равен

,

где – число строк или число элементов изображения в строке.

3.6.4 Применение телевизионной автоматики для оптического контроля объектов

Контроль размеров объектов может производиться в полуавтоматическом и автоматическом режимах различными способами. При этом погрешности измерений в обоих случаях зависят от выбранного способа контроля и в лучшем случае составляют несколько сотых долей процента. Полуавтоматические способы отличаются тем, что определение измеряемой величины производит оператор с помощью изображения на экране видеоконтрольного устройства. Автоматические методы предполагают получение измеряемой величины непосредственно автоматом в виде показания выходного индикатора, цифрового кода или других сигналов.

Контроль формы изделий и измерение геометрических размеров по изображению на экране видеоконтрольного устройства (полуавтоматический контроль) производятся следующими способами: с координатной сеткой или контрольной линейкой, полного или частичного измерения.

Способ полного измерения расстояния между краями или характерными точками изделия применяется для контроля крупногабаритных изделий или полуфабрикатов и состоит в том, что на видеоконтрольном устройстве добиваются совпадения этих точек с центром экрана путем поворота телекамеры. Измерив углы ее поворота относительно центрального положения ( и ) и зная расстояние от телекамеры до изделия , можно найти искомый размер:

,

проведя вычисления с помощью специального устройства. Погрешность известных полуавтоматов полного измерения для значений длин 2–60 м может составлять 3–50 мм, т. е. достигает 0,1 %.

Способы измерения частичного расстояния заключаются в определении не всего размера , а только его краевой части с двух сторон, т. е. фактически лишь приращения длины относительно постоянной базы . На рис. 3.4 показано расположение телекамер и изображение для двух вариантов применения этого способа. Естественно, если база известна с высокой точностью и достаточно стабильна, относительная погрешность измерений существенно снижается и определяется суммой абсолютных погрешностей измерения и установки базы. Реализация этого способа может производиться с использованием одной (рис. 3.4 а) или двух (рис. 3.4 б) камер и видеоконтрольных устройств. Измерив по экрану приращение размера относительно базы, можно найти ширину:

,

где – градуировочный коэффициент экрана видеоконтрольного устройства; – размер, считанный на экране.

Автоматическое измерение геометрических размеров телевизионными методами может производиться следующими способами: время-импульсное преобразование, оптическая дискретизация изображения и способ граничных токов.

а б

Рис. . Схемы телевизионных измерений размеров: а – одной телекамерой; б – двумя телекамерами (1 – контролируемый объект, 2 – устройство установки базы, 3 – телевизионные камеры, 4 – видеоконтрольное устройство, 5 – зеркала)

3.6.5 Принцип работы и схема интерферометра

Для решения задач неразрушающего контроля могут применяться интерферометры – стандартные измерительные приборы, распространенные в технике точных геометрических измерений. Они позволяют измерять различные геометрические размеры, в том числе толщины прозрачных покрытий, с погрешностью до 0,1 мкм, шероховатости и неровности на исследуемой поверхности такого же порядка. На рис. 3.5 а показана схема конструкции микроинтерферометра для контроля качества поверхности путем сравнения с эталоном поверхности, а на рис. 3.5 б – вид изображения в поле зрения интерферометра при наличии дефектов на поверхности (трещины и выступы).

а б

Рис. . Конструктивная схема интерферометра и интерференционная картина при наличии выступа и впадины

Источник света ИС (лампа накаливания, лазер) с помощью конденсора Л1 – Л2 формирует световой поток. Выделенная монохроматическим фильтром Ф и диафрагмой Д1 его часть попадает на полупрозрачное зеркало З4 и делится на два когерентных пучка. Один из пучков фокусируется на контролируемый объект КО, помещенный на предметный столик ПС, а другой – на поверхность эталонного зеркала З2. Отраженные лучи через микрообъективы МО1 и МО2 и полупрозрачное зеркало З1 попадают в окуляры Л3, Л4, содержащие ряд линз, и ограничивающую диафрагму Д2. Налагаясь в поле зрения, рабочий и эталонный световые потоки образуют интерференционную картину.

В случае плоских поверхностей объекта и эталона интерферограмма будет иметь вид параллельных светлых (потоки налагаются в фазе) и темных полос (фазы противоположны). Наличие кривизны и дефектов поверхности (трещин, впадин, царапин, рисок или наплывов, выступов, задиров и т. п.) контролируемого объекта приводит к появлению регулярно изменяющегося или местного изменения набега фазы отраженного светового потока, что ведет к искривлению линий интерференционной картины (рис. 3.5 б). Это позволяет обнаружить отклонение от плоскостности, дефекты и неровности поверхности и оценить их величину. Так, при освещении монохроматическим светом глубина (высота) неровности может быть оценена по выражению