автоколлимационный эндоскоп

Формула изобретения

Эндоскоп для визуального поиска и измерения трехмерных дефектов, содержащий корпус, в котором расположены осветительный световод, объектив, канал передачи изображения, выполненный в виде световода, окуляр с измерительной шкалой, а также устройство для крепления эндоскопа на объекте с возможностью трехмерного перемещения и поворота относительно продольной оси эндоскопа и соответствующие индикаторы этих перемещений, светоделитель, расположенный между линейной шкалой и окуляром, непрозрачную маску с вырезом, установленную перпендикулярно оси, проходящей через точку пересечения светоделителя с оптической осью эндоскопа и перпендикулярно ей, и оптически сопряженную с линейной шкалой, осветитель для ее подсветки, дополнительную микролинзу, вводимую с помощью дистанционного механизма в ход лучей перед объективом эндоскопа и располагаемую в корпусе эндоскопа на его оптической оси таким образом, что ее фокальная плоскость последовательно совпадает с наружной и внутренней поверхностями дефекта в процессе фокусировочных перемещений эндоскопа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит внешний корпус, выполненный в виде тонкостенной трубки, на внешней поверхности которой вдоль ее образующей нанесена линейная шкала, внутри трубки располагается корпус с возможностью линейного перемещения вдоль нее с помощью микрометрического механизма с индикатором перемещений, установленного на внешнем корпусе, на торце внешнего корпуса под углом 45° к оптической оси эндоскопа установлено плоское зеркало, при этом диаметр внешнего корпуса D, фокусное расстояние дополнительной микролинзы объектива эндоскопа f'_к, расстояние от микролинзы до точки пересечения оптической оси с зеркалом t и максимальная глубина Н_max измеряемого дефекта связаны соотношением f' _к>t+D/2+Н_max+ , где - зазор между внешним дополнительным корпусом эндоскопа и контролируемой поверхностью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неразрушающему контролю с помощью визуально-оптических и/или телевизионных средств и может быть использовано для контроля внутренних полостей различных изделий в оборонной, авиакосмической технике, а также в других отраслях машиностроения.

Известен эндоскоп для визуального поиска и измерения трехмерных дефектов. Он содержит корпус, в котором расположены осветительный световод, объектив, канал передачи изображения, окуляр с линейной шкалой, а также устройство для крепления эндоскопа на объекте с возможностью трехмерного перемещения и поворота относительно продольной оси эндоскопа и соответствующие индикаторы этих перемещений. Канал передачи изображения выполнен в виде регулярного световода или микротелекамеры. Эндоскоп дополнительно содержит светоделитель, расположенный между линейной шкалой и окуляром, непрозрачную маску с вырезом, осветитель для ее подсветки и дополнительную микролинзу. Маска с вырезом установлена перпендикулярно оси, проходящей через точку пересечения светоделителя с оптической осью эндоскопа и перпендикулярно ей, и оптически сопряжена с линейной шкалой. Дополнительную микролинзу вводят с помощью дистанционною механизма в ход лучей перед объективом эндоскопа на его оптической оси таким образом, что ее фокальная плоскость последовательно совпадает с наружной и внутренней поверхностями дефекта в процессе фокусировочных перемещений эндоскопа. Обеспечивается повышение точности и равномерности освоения [1].

Недостаток данного изобретения - невозможность измерения глубины дефектов на боковых поверхностях полостей, в которые вводится эндоскоп. Вместе с тем, это актуально при визуальном и измерительном контроле внутренних поверхностей трубопроводов различного назначения, СВЧ-волноводов, гидроусилителей и т.п. объектов.

Для устранения вышеуказанных недостатков в эндоскоп для визуального поиска и измерения трехмерных дефектов, содержащий корпус, в котором расположены осветительный световод, объектив, канал передачи изображения, выполненный в виде световода, окуляр с измерительной шкалой, а также устройство для крепления эндоскопа на объекте с возможностью трехмерного перемещения и поворота относительно продольной оси эндоскопа и соответствующие индикаторы этих перемещений, светоделитель, расположенный между линейной шкалой и окуляром, непрозрачную маску с вырезом, установленную перпендикулярно оси, проходящей через точку пересечения светоделителя с оптической осью эндоскопа и перпендикулярно ей, и оптически сопряженную с линейной шкалой, осветитель для ее подсветки, дополнительную микролинзу, вводимую с помощью дистанционного механизма в ход лучей перед объективом эндоскопа и располагаемую в корпусе эндоскопа на его оптической оси таким образом, что ее фокальная плоскость последовательно совпадает с наружной и внутренней поверхностями дефекта в процессе фокусировочных перемещений эндоскопа, дополнительно введен внешний корпус, выполненный в виде тонкостенной трубки, на внешней поверхности которой вдоль ее образующей нанесена линейная шкала, внутри трубки располагается корпус с возможностью линейного перемещения вдоль нее с помощью микрометрического механизма с индикатором перемещений, установленного на внешнем корпусе, на торце внешнего корпуса под углом 45° к оптической оси эндоскопа установлено плоское зеркало, при этом диаметр внешнего корпуса D, фокусное расстояние дополнительной микролинзы объектива эндоскопа f _к, расстояние от микролинзы до точки пересечения оптической оси эндоскопа с зеркалом t и максимальной глубиною Н _max измеряемого дефекта связаны соотношением f _к= t-D/2+H_max+ , где - зазор между внешним корпусом эндоскопа и контролируемой поверхностью.

Изобретение поясняется чертежами, фиг.1 и 2, на которых представлены общая схема (фиг.1) и конструкция эндоскопа предлагаемого устройства (фиг.2).

Эндоскоп 1 крепится с помощью стопора 2 во втулке 4, на которой закреплен микровинт 3, с помощью которого эндоскоп 1 линейно перемещается относительно фланца 5, закрепляемого на внешнем корпусе эндоскопа 11 стопором 10. Величина продольного перемещения эндоскопа 1 относительно внешнего корпуса 11 измеряется с помощью индикатора перемещений 9, закрепленного на втулке 4 (фиг.1).

Внешний корпус эндоскопа 11 с расположенным в нем эндоскопом 1 может совершать продольные перемещения относительно фланца 12, а также поворачиваться вокруг своей продольном оси.

Стопор 13 служит для фиксации корпуса 11 при различной глубине погружения в объект. Корпус 11 крепится на объекте 8 с помощью устройства 6 и 7, позволяющих перемещать его в плоскости, нормальной к оптической оси эндоскопа, в двух ортогональных направлениях.

На поверхности корпуса 11 нанесена линейная шкала для оценки глубины погружения эндоскопа в объект.

На внешней торцевой поверхности фланца 12 нанесена угловая шкала для оценки поворота эндоскопа относительно него.

Линейная и угловая шкалы не показаны на фиг.1 в силу общеизвестности данных технических решений.

Зеркало 14 на переднем торце корпуса 11 предназначено для наблюдения дефекта 15 под углом 90° к оптической оси эндоскопа.

На фиг.2 показана схема эндоскопа устройства.

Эндоскоп 1 расположен в корпусе (фиг.2), в котором расположены осветительный световод 16, световод для передачи изображения 17, объектив эндоскопа 18, микролинза 19, вводимая (выводимая) из оптической схемы с помощью поворотного стержня 20, измерительная шкала 21, установленная на выходном торце световода 17, полупрозрачное зеркало 22, маска с вырезом 25, осветительный конденсор 24, источник света 25 для подсветки шкалы 21, окуляр 26 и внешний осветитель 27 для подсветки световода 16. Перед микролинзой 19 установлено под углом 45° к оптической оси эндоскопа дополнительное плоское зеркало 14, закрепленное на трубке 11, внутри которой перемещается корпус эндоскопа 1. На фиг.2 обозначены диаметр D трубки 11, t - текущее переменное расстояние от микролинзы 19 до точки пересечения эндоскопа с зеркалом 14 и контролируемой поверхностью 15. Н _макс - максимальная измеряемая глубина дефекта при заданных значениях параметров D, t, .

Устройство работает следующий образом.

Внешний корпус 11 с эндоскопом 1 устанавливают во фланце 12 (фиг.1). Включают осветитель 27 (фиг.2), и при выведенной из хода лучей микролинзе 19 производят визуальный контроль внутренней поверхности изделия 8, осуществляя продольное вращательное перемещение корпуса 11 с эндоскопом 1 во фланце 12, а затем при необходимости его поперечное смещение с помощью устройств 6 и 7 (фиг.1). При обнаружении дефекта 15 фиксируют стопором 15 корпус 11 во фланце 12, вводят микролинзу 19 в ход лучей, включают осветитель 25 (фиг.2) и микровинтом 3 (фиг.1) последовательно фокусируют изображение автоколлимационной марки 24 (фиг.2) на поверхность изделия, прилегающую к дефекту, и на его дно, аналогично методу, описанному в прототипе [1].

Фиксируют соответствующие показания индикатора перемещения 9 (фиг.1) и по их разности определяют глубину дефекта.

Планарные размеры дефекта определяют с помощью шкалы 4 (фиг.2).

С помощью угловой шкалы на фланце 12 (фиг.1) определяют полярные координаты дефекта на поверхности полости. С помощью линейной шкалы на поверхности внешнего корпуса эндоскопа можно также оценивать линейную протяженность дефектов, размеры которых превосходят величину линейного поля зрения эндоскопа. Протяженность дефекта определяется при этом как разность отсчетов по этой шкале, соответствующих моментам наведения эндоскопа на начало и конец дефекта.

Между максимальной глубиной измеряемого дефекта H _max, диаметром внешнего эндоскопа D, зазором между этим корпусом и поверхностью объекта t, фокусным расстоянием микролинзы 19 f_к и расстоянием t от микролинзы 19 до точки пересечения ее оптической оси с зеркалом 14 существует очевидное соотношение (фиг.2):

Исследования опытного образца устройства показали, что для характерных значений параметров D=6,0 мм, =0,1÷0,5 мм, t=3 мм и f^' _к=10 мм, H_max 10-(3+0,1+3) 2,9 мм, что вполне достаточно для практики.

Погрешность измерений глубины составляет при этом H ±0,05 мм, что также удовлетворяет реальным требованиям производства. Погрешность измерения планарных размеров дефекта при цене деления шкалы 9, равной 0,1 мм, составляет ±0,2 мм. Погрешность измерения линейной и угловой координат дефекта составляют соответственно ±0,5 мм и 0,2° при ценах деления линейной шкалы 1 мм и угловой 1°.

Максимальная глубина погружения конкретного эндоскопа в изделие составила при этом 0,6 м, и, как показали исследования, может быть существенно увеличена (до 1±2 м) без существенного снижения погрешности измерения трехмерных размеров дефектов.

Литература

1. Патент РФ №2255549. Автоколлимационный эндоскоп.

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов (В.А.Панов и др.). Л., Машиностроение, 1980, 742 с.