устройство для контроля внутренних поверхностей тел
Классы МПК: | G01B11/30 для измерения шероховатости или неровностей поверхностей G02B23/24 приборы для наблюдения внутренней поверхности полых тел, например фиброскопы |
Автор(ы): | Маклашевский Виктор Яковлевич (RU), Кеткович Андрей Анатольевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Войсковая часть 75360 (RU), Кеткович Андрей Анатольевич (RU), Маклашевский Виктор Яковлевич (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-03-23 публикация патента:
20.02.2006 |
Устройство содержит цилиндрический корпус с последовательно расположенными осветительной системой, состоящей из электрической лампы и тороидальной линзы, системой наблюдения, состоящей из конического зеркала кольцевого обзора, объектива, световода, масштабной сетки и окуляра. Дополнительно введены второй объектив, расположенный перед входным торцом световода и формирующий его изображение в плоскости масштабной сетки, находящейся в фокальной плоскости окуляра, оптическая ось которого совпадает с осью второго объектива, микрообъектив, расположенный на оптической оси, параллельной оси окуляра и второго объектива. Второй объектив и микрообъектив установлены с возможностью взаимного перемещения для последовательной установки на оптическую ось окуляра, микрообъектив фокусируется на выходной торец световода и строит изображение фрагментов светового сечения в плоскости масштабной сетки, второй объектив, масштабная сетка, окуляр и микрообъектив конструктивно объединены в одном блоке, установленном на выходной части световода с возможностью перемещения в двух ортогональных направлениях. Технический результат - повышение чувствительности устройства и точности измерения размеров дефектов. 3 ил.
Формула изобретения
Устройство для контроля поверхности тел, содержащее полый цилиндрический корпус, внутри которого вдоль его продольной оси установлены осветительная система, состоящая из электрической лампы и тороидальной линзы, система наблюдения, состоящая из конического зеркала, кольцевого объектива и световода, отличающееся тем, что перед масштабной сеткой, расположенной перед окуляром в его фокальной плоскости, на оптической оси окуляра, расположенной перпендикулярно выходному торцу световода, между выходным торцом световода и масштабной сеткой дополнительно последовательно вводятся второй объектив или микрообъектив, проектирующий изображение на выходном торце световода в плоскость масштабной сетки с увеличениями соответственно M1=Dc/d и М 2=Dс/Нmax, где Dс - диаметр сетки, d - диаметр выходного торца световода, Нmax - максимальная величина дефекта, второй объектив, микрообъектив, масштабная сетка и окуляр конструктивно объединены в едином конструктивном блоке, перемещаемом с помощью сканирующего устройства, установленного на выходной части световода в двух ортогональных направлениях в плоскости, совпадающей с плоскостью выходного торца световода, при этом оптическая ось микрообъектива параллельна оптической оси второго объектива и удалена от нее на расстояние A1/2(D М+d), где DМ - диаметр микрообъектива.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к неразрушающему контролю, а более конкретно к устройствам визуального и измерительного контроля внутренней поверхности сварных труб, корпусов ракет и двигателей, сосудов высокого давления и т.п. объектов.
Известно устройство для контроля внутренней поверхности тел, содержащее цилиндрический корпус и последовательно установленные внутри него вдоль его продольной оси осветительную систему с электрической лампой и тороидальной линзой, систему наблюдения, состоящую из конического зеркала кольцевого обзора, объектива, световода, масштабной сетки и окуляра [1].
Недостатком данного устройства является невозможность наблюдения увеличенных изображений дефектов, что снижает дефектоскопическую чувствительность устройства и точность измерения размеров дефектов.
Действительно, при использовании в устройстве окуляров с большим увеличением одновременно с увеличением размера изображения дефекта происходит идентичное увеличение масштабной сетки и число ее делений, приходящееся на изображение дефекта, остается постоянным, т.к. выходной торец световода и сетка находятся в одной плоскости.
Кроме того, при использовании окуляров повышенного увеличения с фокусным расстоянием, меньшим, чем у использованного в устройстве, поле зрения которого практически равно диаметру световода, изображение кольцевого светового сечения, размер которого также практически равен диаметру торца световода, может оказаться вне пределов поля зрения оптической системы устройства.
Цель изобретения - устранение этих недостатков.
Для этого в устройство, содержащее цилиндрический корпус с последовательно расположенными вдоль его продольной оси осветительной системой, состоящей из электрической лампы и тороидальной линзы, системой наблюдения, состоящей из конического зеркала кольцевого обзора, объектива, световода, масштабной сетки и окуляра, дополнительно введены второй объектив, расположенный перед выходным торцом световода на оптической оси, проведенной через центр этого торца перпендикулярно к нему и формирующей его изображение в плоскости масштабной сетки, находящейся в фокальной плоскости окуляра, оптическая ось которого совпадает с осью второго объектива, микрообъектив, расположенный на оптической оси, параллельной оси окуляра и второго объектива и удаленной от нее на расстояние A1/2(D М+d), где d и DM - диаметры торца световода и микрообъектива соответственно, при этом второй объектив и микрообъектив установлены с возможностью взаимного перемещения для последовательной установки на оптическую ось окуляра, микрообъектив фокусируется на выходной торец световода и строит увеличенное изображение фрагментов светового сечения в плоскости масштабной сетки, второй объектив, масштабная сетка, окуляр и микрообъектив конструктивно объединены в одном блоке, установленном на выходной части световода с возможностью перемещения в двух ортогональных направлениях относительно его выходного торца в плоскости, совпадающей с плоскостью этого торца, в пределах ±d/2 с помощью сканирующего устройства, установленного на выходной части световода.
Схема устройства показана на фиг.1.
Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1, в котором вдоль его продольной оси последовательно установлены электрическая лампа 2, тороидальная линза 3, коническое зеркало кольцевого обзора 4, объектив 5 и регулярный световод 6, двухкоординарное сканирующее устройство 7, второй объектив 8, масштабная сетка 9, окуляр 10 и микрообъектив 11. Второй объектив 8, сетка 9, окуляр 10, микрообъектив 11 и сканирующее устройство 11 конструктивно объединены в едином окулярном блоке, закрепленном на сканере, закрепленном на выходной части световода 6. Микрообъектив 11 расположен на оптической оси, параллельной оси второго объектива 6 к удаленной от нее на расстояние
где DM и d - диаметры выходного торца световода и микрообъектива соответственно, что необходимо для устранения взаимного экранирования микрообъектива и второго объектива.
Микрообъектив 11 и второй объектив 8 установлены с возможностью взаимного перемещения для последовательной установки на оптической оси, проходящей через центры масштабной сетки 9 и окуляра 10 и перпендикулярной выходному торцу световода 6. Механизм перемещения на схеме не показан в силу общеизвестности конструктивного пополнения подобных узлов [2]. Второй объектив 8 проектирует изображение с выходного торца световода в плоскость масштабной сетки 9 с масштабом М1, а микрообъектив проектирует это изображение в плоскость сетки с масштабом М2. Масштабная сетка с ценой деления установлена с возможностью вращения относительно оптической оси окуляра для обеспечения возможности измерения размера дефектов в любом радиальном направлении. С помощью сканирующего устройства 7 окулярный блок 12 перемещается в двух взаимноортогональных направлениях в плоскости, совпадающей с плоскостью выходного торца световода 6. При этом оптическая ось окуляра 10, проходящая через центр масштабной сетки 9 перпендикулярно выходному торцу световода 6, совпадает с оптической осью второго объектива 8 или микрообъектива 10 в зависимости от того, какой из этих оптических блоков используется в данный момент, и последовательно совмещается с различными участками выходного торца световода 6.
Устройство работает следующим образом.
Тороидальная линза 3 формирует на внутренней поверхности объекта изображение точечного тела накала электрической лампы 2 в виде узкого светящегося кольца.
Объектив 5 с помощью конического зеркала кольцевого обзора 4 формирует изображение этого кольца, т.е. световое сечение отображающего профиль объекта в данном сечении, на входном торце световода 6. При этом масштаб этого изображения, определяемый фокусным расстоянием объектива 5 и расстоянием от него до формируемого тороидальной линзой на внутренней поверхности светящегося кольца, выбирается из соотношения М0d/D, где d - диаметр входного торца световода, D - диаметр объекта в заданном сечении с тем, чтобы размер светового сечения и диаметр световода были примерно равными для обеспечения масштабной информативности контроля. В результате изображение на выходном торце регулярного световода 6 идентично изображению на его входном торце.
Это изображение вторым объективом 8 или устанавливаемым вместо него микрообъективом 11 проектируется в плоскость масштабной сетки 9 с увеличениями соответственно М1 и М2 и наблюдается в окуляр 10.
Контроль производится в два этапа.
На первом этапе на оптической оси окуляра устанавливается второй объектив 8 и с помощью сканирующего устройства 7 эта оптическая ось совмещается с центром изображения светящегося кольца на выходном торце световода 6 (фиг.2, а). Затем оператор перемещает корпус устройства 1 вдоль продольной оси контролируемого объекта, наблюдая изображение светового сечения. При этом корпус 1 центрируется внутри объекта с помощью стандартной системы прижимных роликов (на схеме не показаны в силу общеизвестности конструкции). При обнаружении на световом сечении локальных изменений, вызванных наличием дефектов типа рисок, раковин, загрязнений и т.п., оператор с помощью сканирующего устройства 7 совмещает центр изображения дефекта с центром поля зрения окуляра (фиг.2, б).
Затем вместо второго объектива 8 на оптической оси окуляра устанавливают микрообъектив 1, наблюдают увеличенное изображение дефекта и производят его измерение в нужном радиальном направлении, вращая сетку 9 (фиг.2, в). На фиг.3, а, б и в представлены изображения поля зрения окуляра для случаев установки фиг.2а, б и в соответственно.
Увеличение второго объектива выбирается равным М1 =dc/d с тем, чтобы изображение выходного торца световода полностью вписалось в сетку диаметром dс . Увеличение микрообъектива выбирается из соотношения M2 =dc/Hmax, где Hmax - максимальная величина дефекта. Рассмотрим пример практической реализации устройства.
Стандартные масштабные сетки, например, сетка луны измерительной ЛИЗ-10, С0=0,1 имеют диаметр dc=15 мм и цену деления.
Диаметр световода d=10 мм для большинства реальных задач. При этом М11,5 Х. Нmax обычно равно 1,0 мм. При этом М 2=dc/Hmax15 Х. Из конструктивных соображений, чтобы не увеличивать габариты окулярного блока, фокусное расстояние объектива 8 выбирают f215-20 мм. Например, при f2=20 мм расстояние L0 от выходного торца световода 6 до масштабной сетки 9 будет равно, согласно известной формуле [2]
L=2f+f(M1+1/M 2) или L=f(2+M1+1/M2 )82 мм.
При этом фокусное расстояние микрообъектива определяется из этой же формулы следующим образом.
Цена деления сетки в пространстве объектов (в плоскости светового сечения) составит соответственно для второго объектива
а для микрообъектива
Для характерного размера объекта D1D 0 мм
М0=10Х, то С 1=0,1·10·0,60,6 мм,
C2=0,1·10·1/15=0,06 мм.
Таким образом, предлагаемая оптическая схема устройства позволяет повысить точность измерения по крайней мере в десять раз.
Понятно, что она может быть увеличена за счет увеличения диаметра масштабной сетки или диаметра световода. Разрешающая способность объектива и микрообъектива может быть и более чем в 10 раз увеличена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ №1214259.
2. Справочник конструктора оптико-механических приборов, Л., под ред. Кругера, Машиностроение, 680 с, 1989 г.
Класс G01B11/30 для измерения шероховатости или неровностей поверхностей
Класс G02B23/24 приборы для наблюдения внутренней поверхности полых тел, например фиброскопы