Устройство для контроля внутренней поверхности тел

Изобретение относится к области неразрушающего контроля внутренней поверхности тел визуальным методом. Устройство содержит полый цилиндрический корпус и последовательно расположенные в нем вдоль его продольной оси осветительную систему с электрической лампой и тороидальной линзой, систему наблюдения, содержащую зеркало кольцевого обзора, объектив, световод, масштабную сетку и окуляр. Отличительная особенность устройства состоит в том, что оно дополнительно содержит второй объектив, расположенный за первым окуляром на его оптической оси, телевизионную ПЗС-матрицу, установленную в фокальной плоскости второго объектива, видеомонитор, на экране которого визуализируются изображения световых сечений объекта на выходном торце световода, второй сменный окуляр, располагаемый, при выведении первого окуляра из хода лучей, на оптической оси, параллельной оптической оси первого окуляра и удаленной от нее на расстояние половины диаметра изображения светового сечения объекта на выходном торце световода и имеющий возможность вращения относительно оптической оси первого окуляра. Техническим результатом изобретения является возможность наблюдения увеличенного изображения дефектов. 3 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю внутренней поверхности тел визуальным методом.

Известно устройство для контроля внутренней поверхности тел, содержащее полый цилиндрический корпус с последовательно расположенными внутри него вдоль его продольной оси осветительной системой с электрической лампой и тороидальной линзой и систему наблюдения светового сечения внутренней поверхности объекта, содержащую коническое зеркало кольцевого обзора, объектив, световод, масштабную сетку и окуляр [1].

Недостаток устройства - невозможность наблюдения увеличенного изображения дефектов, что снижает точность измерения их размеров, а также отсутствие телевизионных средств наблюдения, повышающих комфортность наблюдения и позволяющих реализовать компьютерные технологии обработки изображения.

Для устранения этого недостатка нами предлагается дополнительно ввести в оптическую схему устройства второй объектив, расположенный за первым окуляром на его оптической оси, телевизионную ПЗС-матрицу, установленную в фокальной плоскости второго объектива, видеомонитор для визуализации формируемой ПВО-матрицей телевизионных изображений, второй сменный окуляр, располагаемый вместо первого окуляра на оптической оси, параллельной оси первого окуляра и удаленной от него на расстояние D/2, где D - диаметр изображения светового сечения объекта на выходном торце светом вода, причем второй окуляр установлен с возможностью вращения относительно оптической оси первого окуляра для совмещения оптической оси второго окуляра с центром изображения дефекта, а фокусные расстояния первого окуляра f₁, второго окуляра f₂, второго объектива f₀, диаметр выходного торца световода D_с, размер ПЗС-матрицы А, максимальная величина изображения дефекта на торце световода t_max, диаметр входного зрачка второго объективами зрачка второго окуляра D₂ отвечают соотношениям:

D_с≥D+2t_max, D_g≥D+D₂.

Схема устройства представлена на фиг.1 и 2.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1, в котором размещены последовательно вдоль его продольной оси лампа 2, тороидальная линза 5, коническое зеркало 4, объектив 5, световод 6, масштабная сетка 7, первый окуляр 8, второй объектив 9, ПЗС-матрица 10, видеомонитор 11, второй окуляр 12.

Устройство работает следующим образом.

Тороидальная линза 3 формирует на внутренней поверхности объекта узкую световую полоску кольцевой формы. Объектив 5 с помощью конического зеркала 4 формирует на входе световода 6 изображение этой полоски, отображающей профиль объекта в заданном сечении. Первый окуляр 8 и второй объектив 9 образуют телецентрическую систему с параллельным ходом лучей между окуляром и объективом.

В фокальной плоскости объектива 9 на ПЗС-матрице 10 формируется изображение светового сечения объекта, наблюдаемого на выходном торце световода 6. Масштаб этого изображения определяется известным соотношением m=f₁/f₀ [2] и выбирается таким, чтобы изображение торца световода диаметром D_с полностью вписалось в ПЗС-матрицу размером А×A. Оптические оси первого окуляра 8 и второго объектива 9 совпадают в пространстве с нормалью к выходному торцу световода 5 в его центре.

При выведении первого окуляра 8 из хода лучей и введении в него с помощью известных конструктивных приемов второго окуляра 12, оптическая ось которого параллельна оси первого окуляра 4 и удалена от нее на расстояние D/2, на второй объектив 9 из второго окуляра направляется световой пучок, ось которого параллельна оси второго объектива и проходит через центр изображения дефекта перпендикулярно плоскости выходного торца световода 5.

Вращение второго окуляра относительно оси второго объектива позволяет совместить его ось с центром изображения дефекта в любой точке окружности диаметра D на выходном торце световода 6. При этом согласно свойствам телецентрической системы [2] изображение дефекта всегда формируется по центру ПВО-матрицы 10 с масштабом m₂=f₂/f₀, который выбирается из условия полного вписания изображения дефекта размером 2t_max в ПЗС-матрицу размером А×А.

Удвоенное значение размера изображения дефекта принято в связи с возможностью наблюдения как выступающих над поверхностью дефектов (наплывы, следы брызг металла и т.д.), так и расположенных ниже ее (раковины, царапины, проколы и т.п.). Очевидно, что диаметр второго объектива 9 должен отвечать условию D_g≥D+D₂, где D₂ - диаметр выходного зрачка второго окуляра.

На фиг.2 показано расположение элементов оптической схемы при введении в ход лучей первого (фиг.2а) и второго (фиг.2,б) окуляра.

На фиг.3а показан вид экрана видеомонитора при введении в ход лучей первого окуляра, а на фиг.3б вид экрана при введении в ход лучей второго окуляра.

Источники информации

1. А.С. 1214259.

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. - Л.: Машиностроение, 1982, 560с.

Устройство для контроля внутренней поверхности тел, содержащее полый цилиндрический корпус и последовательно расположенные в нем вдоль его продольной оси осветительную систему с электрической лампой и тороидальной линзой, систему наблюдения, содержащую коническое зеркало, объектив, световод, масштабную сетку и окуляр, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй объектив, расположенный за первым окуляром на его оптической оси, телевизионную ПЗС-матрицу, установленную в фокальной плоскости второго объектива, видеомонитор, на экране которого визуализируются изображения световых сечений объекта на выходном торце световода, второй сменный окуляр, располагаемый при выведении первого окуляра из хода лучей на оптической оси, параллельной оптической оси первого окуляра и удаленной от нее на расстояние D/2, где D - диаметр изображения светового сечения объекта на выходном торце световода, и имеющий возможность вращения относительно оптической оси первого окуляра, причем диаметр выходного торца световода D_c, фокусные расстояния первого окуляра f₁, второго окуляра f₂, второго объектива f₀, размер ПЗС-матрицы А и максимальная величина изображения дефекта на торце световода t_max отвечают следующим соотношениям: