Устройство для поиска и выявления дефектов в частях с помощью эндоскопии
Устройство для поиска и обнаружения дефектов в недоступных местах, которые расположены за стенкой, содержит первый эндоскоп для освещения видимым светом и наблюдения, причем первый эндоскоп и трубочки для подачи и напыления веществ для испытаний с проникновением расположены вместе в стержне. Стержень, который может быть введен в отверстие в стенке, чтобы обследовать часть изделия. Устройство дополнительно содержит второй эндоскоп, независимый от первого эндоскопа и от стержня и предназначенный для облучения ультрафиолетовым излучением и для осмотра участка той части, который был обработан веществами для испытаний с проникновением. Технический результат: повышение качества осмотра УФ светом. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к эндоскопическому устройству для поиска и выявления дефектов в частях, являющихся по существу недоступными, так как расположены за стеной.
Известен способ проверки внутренних элементов оборудования или машины с помощью эндоскопа, т.е. продолговатого оптического инструмента малого диаметра, который вводят через малое отверстие в стенке для проверки внешнего вида элементов, расположенных по другую сторону стенки. Способ позволяет, в частности, проверять лопатки турбомашины, например турбореактивного или турбовинтового двигателя самолета без его разборки.
Тем не менее, возможность выявления дефектов таким способом ограничена разрешающей способностью оптической системы эндоскопа, освещенностью, ориентацией эндоскопа относительно поверхности обследуемого объекта и природой дефектов.
Известен также способ поиска дефектов в элементах машины путем проведения испытаний с проникновением внутрь, заключающийся в нанесении органических субстанций на поверхность обследуемого элемента и осмотре обработанных участков при ультрафиолетовом облучении. Таким способом можно обнаружить наличие поверхностных разрывов, например трещин или изломов очень малых размеров, невидимых при обычном освещении, путем нанесения на поверхность флюоресцирующего красителя, причем краситель проникает внутрь поверхностных разрывов, и последующего промывания и обжигания или просушивания поверхности элемента, нанесения проявителя для выявления флюоресцирующего красителя, который попал внутрь поверхностного разрыва. Затем элемент подвергают ультрафиолетовому облучению, под воздействием которого флюоресцирующий краситель возбуждается и начинает испускать излучение некоторой другой длины волны, например зеленого цвета в видимой области спектра.
В этом способе обычно требуется более или менее полностью разбирать обследуемую машину.
В документе US-A-4273110 было предложено сочетать способы эндоскопии и испытаний с проникновением в одном инструменте, который содержит в продолговатом цилиндрическом кожухе малого диаметра кварцевую трубочку для передачи ультрафиолетового излучения и воспринимаемого человеческим глазом видимого света по направлению к концу инструмента, располагаемому вблизи обследуемого элемента, причем осветительная трубочка содержит линзы для осмотра освещенной зоны элемента и три трубочки для подачи и напыления веществ для проведения испытаний с проникновением на поверхность обследуемого элемента. На другом конце инструмента между кварцевой трубочкой и источником света, испускающим как видимый свет, так ультрафиолетовое излучение, установлен с возможностью его удаления оптический фильтр, не пропускающий видимый свет, чтобы иметь возможность освещать элемент альтернативно видимым светом и облучать ультрафиолетовым излучением. Наружный диаметр кожуха инструмента достаточно мал, чтобы обеспечить возможность его введения через отверстие для эндоскопа, имеющее диаметр около 9 мм.
Указанный инструмент обладает некоторыми недостатками.
Освещение элемента ультрафиолетовым излучением производят через осевое отверстие, чтобы исключить применение отражательных зеркал, чрезмерно сложных в использовании с точки зрения размеров и светопоглощения. Выходные отверстия распылительных трубочек неизбежно расположены в осевом направлении, как и выходы средств для освещения и отверстия средств для осмотра, что существенно ограничивает возможности использования инструмента. Кроме того, сечение светопроводящей трубочки для осмотра очень мало, так как, кроме трубочки необходимо оставить достаточное пространство внутри кожуха для размещения кварцевой трубочки и трубочек для подачи и напыления веществ для проведения испытаний с проникновением. В результате при использовании инструмента с ультрафиолетовым освещением можно воспринять только небольшую часть потока света, испускаемого веществами, используемыми для проведения испытаний с проникновением, что не позволяет провести надежную проверку.
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для поиска и выявления дефектов с помощью эндоскопии, которое позволило бы осуществлять выявление дефектов недорогим способом.
Поставленная задача решена путем создания устройства для поиска и выявления дефектов в частях, по существу недоступных, так как они расположены за стенкой, содержащего жесткий трубчатый цилиндрический стержень малого диаметра для введения через эндоскопическое отверстие в стенке, трубочки, размещенные в стержне и предназначенные для нанесения веществ для испытании на участок обследуемой части, а также средство для направления света и средство для передачи изображения, размещенные в стержне и предназначенные для освещения и осмотра упомянутого участка обследуемой части, согласно изобретению средство для направления света и средство для передачи изображения образуют первый эндоскоп, работающий с видимым светом, установлены аксиально в стержне и окружены трубочками для подачи воздуха и веществ для испытаний, при этом упомянутый эндоскоп содержит прямолинейную трубочку, в которой установлены параллельно средство для направления света и средство для передачи изображения, а устройство дополнительно содержит второй эндоскоп, работающий с ультрафиолетовым светом независимо от первого эндоскопа и от стержня для осмотра участков части, которые были обработаны веществами для испытаний.
В устройстве согласно изобретению эндоскоп представляет собой эндоскоп с видимым светом, который размещен в цилиндрическом стержне вместе с трубочками для веществ для испытаний, и используется отдельно для осмотра видимым светом участка той части, на которую нанесены напылением вещества для испытаний с проникновением. Результаты после нанесения этих веществ, затем определяют с помощью второго эндоскопа, оптическое действие которого не ограничено его поперечным сечением, уменьшенным из-за наличия трубочек для подачи веществ для испытаний, размещенных в трубочке, причем размеры второго эндоскопа достаточно малы, чтобы обеспечить возможность введения его через эндоскопическое отверстие.
Освещая участок поверхности той части, которая подлежит обработке видимым светом, обеспечивают возможность правильного нанесения веществ для испытаний, а облучая упомянутый участок ультрафиолетовым излучением вторым эндоскопом, обеспечивают возможность четкого наблюдения дефектов, визуализированных веществами для испытаний, которые проникают в трещины, и таким образом оптимизируют процесс выявления дефектов в частях, подвергаемых обследованию.
Согласно изобретению средство для направления света первого эндоскопа содержит оптоволоконный кабель, проходящий от одного конца трубочки к другому ее концу, причем кабель имеет отогнутый выходной конец, расположенный под углом к оси трубочки, для подвода к участку той части, которая подлежит обследованию.
Таким образом, выход осветительного средства располагают не аксиально, а перпендикулярно к оси трубочки, чтобы поворачивать стержень относительно его собственной оси и перемещать этот стержень вдоль его оси для освещения и осмотра больших площадей детали.
Средство для передачи изображения первого эндоскопа содержит набор прямолинейных оптических элементов, содержащий линзы для формирования изображения и линзы для передачи изображения, причем набор проложен от одного конца трубочки до другого конца, и содержит также средство для отражения света, установленное на конце упомянутого набора на его оптической оси и направленное под углом к оптической оси.
Средство для отражения света и отогнутый выходной конец осветительного кабеля расположены близко друг к другу и ориентированы так, чтобы можно было освещать и осматривать один и тот же участок.
Предпочтительно, чтобы оптическое средство для отражения света было выполнено в виде призмы.
Отражающую грань призмы предпочтительно ориентируют под углом 45° относительно оптической оси средства для передачи изображения, а отогнутый конец осветительного кабеля проходит перпендикулярно оси трубочки.
Трубочки, размещенные в стержне вокруг первого эндоскопа, содержат трубочку для воздуха, трубочку для порошка и трубочку для жидкости, причем трубочки проходят от одного конца стержня до другого конца и каждая имеет первый конец, предназначенный для присоединения к питающим средствам. Вторые концы трубочек для порошка и жидкости открыты около соответствующего конца стержня в том же самом направлении, что и средство освещения и средство передачи изображения первого эндоскопа, а второй конец трубочки для воздуха открыт аксиально у конца стержня, чтобы защищать первый эндоскоп и предотвращать попадание порошка и жидкости на его конец.
В конкретном варианте выполнения изобретения трубочка первого эндоскопа имеет диаметр около 4 мм, а стержень имеет диаметр около 8 мм.
Второй эндоскоп для передачи ультрафиолетового излучения может иметь наружный диаметр, по существу равный диаметру упомянутого стержня, чтобы обеспечивать хорошее действие с точки зрения облучения ультрафиолетовым излучением и осмотра дефектов части.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает эндоскоп для освещения видимым светом и нанесения веществ для испытаний на часть, подвергаемую обследованию, согласно изобретению;
Фиг.2 - второй эндоскоп для облучения части, подвергаемой обследованию, ультрафиолетовым излучением согласно изобретению;
Фиг.3 и 4 - стержень для освещения видимым светом и для нанесения веществ для проведения испытаний с проникновением (вид сверху) согласно изобретению;
Фиг.5 - продольное сечение эндоскопа для видимого света, используемого в данном стержне, согласно изобретению.
На фиг.1 позицией 10 обозначена стенка корпуса турбомашины, за которой расположены части 12, подлежащие обследованию, например лопатки ротора турбомашины.
В стенке 10 выполнено отверстие 14 для введения эндоскопа малого размера (обычно диаметром 9 мм), через которое можно ввести стержень 16 для освещения видимым светом и для напыления веществ для испытаний с проникновением. Один конец стержня снабжен блоком 18 для присоединения к средству для подачи веществ для испытаний с проникновением и сжатого воздуха, а другой конец 20 приспособлен для расположения у поверхности части 12, которая подлежит обследованию.
Стержень 16 (фиг.3 и 4) выполнен в виде жесткого трубчатого цилиндра, изготовленного из металла, и содержит первый эндоскоп 22 для освещения видимым светом и осмотра при облучении видимым светом, трубочку 24 для подачи и напыления порошка на поверхность обследуемой части 12, трубочку 26 для подачи сжатого воздуха и трубочку 28 для подачи и напыления жидкости, в качестве которой могут быть последовательно использованы ацетон, проникающий агент, эмульгатор и вода. Первый эндоскоп 22 и трубочки 24, 26 и 28 проходят в продольном направлении в стержне 16 от одного конца стержня до другого конца. Эндоскоп 22 расположен вдоль оси стержня 16 и трубочек 24, 26 и 28, расположенных вокруг эндоскопа.
Первый эндоскоп 22 имеет первый конец 30, предназначенный для присоединения его к источнику видимого света, и второй конец, более подробно описанный ниже, который открыт у конца 20 стержня 16.
Трубочки 24 и 28 для подачи веществ для испытаний с проникновением имеют первые концы 32 для присоединения к емкостям 34, содержащим вещества для испытаний. Емкости 34 присоединены к источнику 36 сжатого воздуха. Вторые концы 38 открыты у конца 20 стержня 16 и размещены перпендикулярно оси стержня.
Средство для подачи сжатого воздуха и источники видимого света и ультрафиолетового излучения предпочтительно сгруппированы вместе в питающем модуле 40, в состав которого входят средство для подачи электрического тока и средство для подачи сжатого воздуха.
Конец 30 первого эндоскопа 22 содержит окуляр 42, позволяющий наблюдателю непосредственно осматривать поверхность части 12 при обследовании, направляя туда конец 20 стержня.
Эндоскоп 22 более подробно показан на фиг.5 и содержит жесткую цилиндрическую трубочку 44, изготовленную из металла, в которой размещен оптоволоконный кабель 46 для пропускания видимого света от одного конца эндоскопа к другому концу. Кабель 46 имеет первый конец, предназначенный для присоединения к источнику видимого света, предусмотренного в питающем модуле 40, и второй конец 48, через который свет подают и он выходит, например, перпендикулярно оси трубочки 44 у конца эндоскопа, который отдален от конца, снабженного окуляром 42. Средство 50 для передачи изображения также расположено внутри трубочки 44 и проходит в продольном направлении от одного конца трубочки к другому концу. Средство 50 для передачи изображения представлено в виде прямолинейной сборки оптических компонентов, содержащих линзы 52 объектива для формирования изображения и одну или большее число преобразующих линз 54. Отражатели 56 размещены в трубочке 44 вблизи линз 52 объектива между линзами и вторым концом 48 средства 46 для направления света. Оптическое отражательное средство 56 выполнено в виде призмы, расположенной на оптической оси средства 50 для передачи изображения, и имеет отражающую грань, наклоненную под углом 45° относительно оси, чтобы наблюдать в направлении, перпендикулярном к оптической оси и параллельном направлению, в котором расположен конец 48 средства 46 для направления света.
Средство 46 для направления света проходит вдоль стенки трубочки 44, а средство 50 для передачи изображения занимает практически все остальное пространство трубочки, обеспечивая возможность использования сечения, достаточно большого для средства 50 для передачи изображения, чтобы улучшить процесс осмотра.
В конкретном варианте выполнения жесткая трубочка 44 имеет наружный диаметр около 4 мм и длину около 400 мм. Трубочка выполнена так, чтобы направлять поток света под углом 90° относительно ее оси и чтобы обеспечивать поле обзора в 55°.
Устройство согласно изобретению содержит второй эндоскоп 60 (фиг.2), который является независимым от стержня 16 и первого эндоскопа 22 и предназначен для ввода через отверстие 14 для эндоскопа в стенке 10 и осмотра поверхности части 12 после ее обработки веществами для испытаний с проникновением.
Эндоскоп 60 имеет первый конец, снабженный окуляром 62, и средство 64 для присоединения к источнику ультрафиолетового излучения и формирующей части питающего модуля 40, и второй конец 66, имеющий выход для излучения, перпендикулярный оси эндоскопа, для облучения обработанной поверхности части 12 ультрафиолетовом излучением и для ее осмотра.
Может быть использован эндоскоп 60 обычного типа. И может иметь поперечные размеры, больше тех, которые возможны, если бы его использовали вместе с/или вместо первого эндоскопа 22 в стержне 16. Это означает, что можно облучать поверхность части 12 ультрафиолетовым излучением и получать результаты испытаний.
Устройство согласно изобретению используют следующим образом.
Сначала в отверстие 14 в стенке 10 вставляют стержень 16 и его конец 20 перемещают в осевом направлении и поворачивают относительно упомянутой оси, обращая к поверхности части 12, которая подлежит обследованию.
Чтобы убедиться, что возможный дефект части 12 действительно является дефектом, например трещиной или изломом, на соответствующий участок части 12 последовательно наносят вещества для испытаний с проникновением, причем эти вещества включают флюоресцирующую жидкость, которая проникает в разрывы на поверхности, промывочную жидкость и проявляющий порошок для выявления наличия проникающего вещества, которое внедрилось в разрыв поверхности, даже если разрыв имеет очень малые размеры.
Обследование части 12 и нанесение веществ для испытаний с проникновением на упомянутую часть выполняют, используя видимый свет. При этом поверхность части 12 освещают потоком света, выходящим из отогнутого под углом конца 48 средства 46 для направления света первого эндоскопа. Свет отражается и/или рассеивается поверхностью в обратном направлении и собирается зеркалом 56, посредством которого его возвращают вдоль оси средства 50 для передачи изображения в окуляр 42, установленный на другом конце первого эндоскопа.
Затем стержень 16 вынимают из отверстия 14, а второй эндоскоп 60 присоединяют к источнику ультрафиолетового излучения питающего модуля 40 и вставляют в отверстие 14. Конец 66 подводят к обработанной поверхности части 12. Под действием ультрафиолетового излучения обработанной поверхности части 12 вещество для испытаний, внедрившееся в разрыв поверхности и диффундировавшее в проявитель, начинает флюоресцировать, например, зеленым цветом, этот свет может быть отчетливо виден в темноте и потребитель может наблюдать его в окуляр 62.
Разделение процессов облучения ультрафиолетовым излучением и освещения видимым светом обеспечивает возможность улучшения действия обеих операций и улучшения наблюдения соответствующих результатов.
1. Устройство для поиска и обнаружения дефектов в недоступных элементах, расположенных за стенкой, содержащее средство для нанесения веществ для испытаний с проникновением на участок обследуемой части, средство для направления света и средство для передачи изображения, предназначенные для освещения и осмотра упомянутого участка обследуемой части, отличающееся тем, что содержит два различных эндоскопа, которые используются один после другого, причем первый эндоскоп выполнен с возможностью работать с видимым светом и содержит жесткий трубчатый стержень малого диаметра для введения через отверстие в стенке, при этом указанный стержень содержит прямолинейную трубочку, установленную аксиально в стержень и в которой средство для направления видимого света и средство для передачи изображения установлены параллельно, причем указанная прямолинейная трубочка окружена трубочками для воздуха и прохода испытываемых субстанций, при этом второй эндоскоп выполнен с возможностью работать с ультрафиолетовым светом независимо от первого эндоскопа для осмотра участков, которые были обработаны веществами для испытаний с проникновением, при этом второй эндоскоп, работающий с применением ультрафиолетового излучения, имеет наружный диаметр, по существу равный диаметру стержня.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для направления света первого эндоскопа содержит оптоволоконный кабель, проходящий от одного конца к другому концу трубочки.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оптоволоконный кабель имеет отогнутый выходной конец, направленный под углом относительно оси трубочки и имеющий форму, позволяющую близко подводить к участку части, который следует освещать видимым светом.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для передачи изображения содержит набор прямолинейных оптических элементов, содержащий линзы для формирования изображения и линзы для передачи изображения от одного конца к другому концу трубочки.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для передачи изображения первого эндоскопа также содержит оптическое средство для отражения света, установленное на конце трубочки на оптической оси средства для передачи изображения и направленное под углом относительно упомянутой оптической оси.
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что средство для передачи изображения первого эндоскопа также содержит оптическое средство отражения, установленное на конце трубочки на оптической оси средства для передачи изображения и направленное под углом относительно упомянутой оптической оси, при этом оптическое средство отражения и отогнутый выпускной конец оптоволоконного кабеля размещены в непосредственной близости друг от друга и ориентированы так, чтобы можно было освещать и осматривать один и тот же участок.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оптическое средство отражения расположено между концом набора прямолинейных оптических элементов и отогнутым выходным концом оптоволоконного кабеля.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оптическое средство отражения выполнено в виде призмы.
9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оптическое средство отражения имеет отражательную поверхность, ориентированную под углом 45° относительно оптической оси средства для передачи изображения, а отогнутый выходной конец кабеля проходит перпендикулярно оси трубочки.
10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оптоволоконный кабель проходит вдоль стенки трубочки, а средство для передачи изображения занимает по существу остальную часть трубочки.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубочки, размещенные внутри стержня вокруг первого эндоскопа, содержат трубочку для воздуха, трубочку для порошка и трубочку для жидкости, проходящие от одного конца стержня до другого конца стержня, при этом каждая трубочка имеет первый конец для присоединения к средствам питания, трубочки для порошка и жидкости имеют соответствующие противоположные концы, открытые наружу относительно стержня в том же направлении, что и средство для освещения и средство для передачи изображения, а трубочка для воздуха имеет противоположный конец, открытый наружу аксиально у конца стержня для подачи потока воздуха для защиты конца первого эндоскопа.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубочка первого эндоскопа имеет диаметр около 4 мм, а стержень имеет диаметр 8 мм.
