устройство для контроля внутренних поверхностей тел

Формула изобретения

Устройство для контроля внутренней поверхности тел, содержащее полый цилиндрический корпус, в котором последовательно установлены внутри него вдоль его продольной оси осветительная система, содержащая электрическую лампу и тороидальную линзу и наблюдательную систему из конического зеркала кольцевого обзора, объектива и масштабной сетки, отличающееся тем, что дополнительно содержит расположенную перед лампой на продольной оси корпуса диафрагму с кольцевым и центральным круглым вырезами, перед которыми установлены светофильтры, соответственно кольцевой и круглой формы, спектральные характеристики которых не перекрываются, второй зеркальный конус, расположенный за диафрагмой на продольной оси корпуса, причем вершина конуса обращена к лампе, максимальный Д_max и минимальный Д_min диаметры кольцевого выреза диафрагмы, установленной перед лампой, определяются соответственно формулами Д_max =2·S_Д·tg _max, где S_Д - расстояние от диафрагмы до лампы,

,

где Д₂ - внешний диаметр тороидальной линзы, S₁ - расстояние от лампы до этой линзы, Д_min =2·S_Д·tg _min,

где

Д₁ - внутренний диаметр тороидальной линзы, а диаметр Д_ц - центрального выреза в диафрагме, установленной перед лампой, и максимальный диаметр второго зеркального конуса осветительной системы Д_к связаны с расстоянием до этого конуса от лампы S_к соотношением

,

за объективом на продольной оси корпуса расположены полупрозрачное зеркало, светофильтр, измерительная сетка и первая телевизионная камера, за объективом на оси, перпендикулярной продольной оси корпуса и проходящей через точку пересечения полупрозрачного зеркала с продольной осью корпуса, последовательно установлены второй светофильтр, вторая измерительная сетка и вторая телевизионная камера, причем расстояния от точки пересечения полупрозрачного зеркала с продольной осью корпуса до первой и второй телевизионных камер вдоль соответствующих осей равны друг другу, первый расположенный за объективом перед первой телекамерой светофильтр имеет спектральную характеристику пропускания, идентичную кольцевому светофильтру, расположенному на установленной перед лампой диафрагме, а второй светофильтр, расположенный за объективом перед второй телекамерой, имеет спектральную характеристику пропускания, идентичную кольцевому светофильтру, расположенному на установленной перед лампой диафрагме, а второй светофильтр, расположенный за объективом перед второй телекамерой, имеет спектральную характеристику пропускания, идентичную круглому светофильтру, расположенному перед центральным круглым вырезом диафрагмы, установленной перед лампой накаливания, при этом изображение кольцевой полоски, отображающей профиль поверхности, наблюдается только на первом мониторе, визуализирующем видеосигнал от первой телекамеры, а изображения кольцевой зоны поверхности объекта и ее дефектов наблюдаются только на втором мониторе, визуализирующем видеосигнал от второй телекамеры, при этом масштабы изображений кольцевой полоски, отображающей профиль объекта на первом мониторе и центрального участка изображения поверхности объекта на втором мониторе, а также цены делений первой и второй измерительных сеток, равны друг другу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неразрушающему контролю, более конкретно - к устройствам для визуального и/или телевизионного контроля внутренней поверхности тел, например трубопроводов различного типа, сварных труб, корпусов авиадвигателей, дымоходов и т.п.

Известно устройство для контроля внутренней поверхности тел, включающий цилиндрический корпус и последовательно установленные внутри него вдоль его продольной оси осветительную систему с электрической лампой и тороидальной линзой систему наблюдения с зеркалом кольцевого обзора, объектив, масштабную сетку и окуляр, причем зеркало системы наблюдения выполнено с конической отражательной поверхностью, вершина конуса которой направлена в сторона объектива.

Недостатком устройства является невозможность визуального контроля поверхности изделия в зоне, расположенной вне ярко освещенной кольцевой полоски на его внутренней поверхности, формируемый от источника света торической линзой и имеющей высокий контраст, создающий практически бинарное изображение в плоскости наблюдения.

Применение световода для передачи изображения ограничивает глубину просмотра, снижает комфортность наблюдения, не позволяет проводить цифровую обработку изображения на компьютере.

Таким образом, существует техническая задача расширения зоны контроля при визуальной дефектоскопии внутренней поверхности изделий при одновременном контроле его внутреннего профиля и обеспечение возможности получения соответствующих телевизионных изображений при их компьютерной обработке.

Нами предлагается решение данной технической задачи, основанное на введении в устройство дополнительно диафрагмы с кольцевым и круглым центральным вырезом, установленной перед лампой и на которой размещены светофильтры соответственно кольцевой и круглой формы, второй зеркальный конус, расположенный за диафрагмой на продольной оси корпуса, причем вершина конуса обращена к лампе, где максимальный D_max и минимальный D_min диаметры кольцевого выреза диафрагмы определяются соответственно формулами D_max=2·S _Д·tg _max, D_min=2·S_Д·tg _min, где , D₂ - внешний диаметр тороидальной линзы, S_л - расстояние от лампы до тороидальной линзы, S_D - расстояние от лампы до диафрагмы, _min=arctg(D₁/2·S_л), D ₁ - внутренний диаметр тороидальной линзы.

Диаметр центрального выреза диафрагмы D_ц, максимальный диаметр второго зеркального конуса D_к и расстояние от лампы до второго конуса S_к связаны соотношением D_к =D_ц·(S_к/S_л).

За объективом его оптической оси, совпадающей с продольной осью корпуса, расположены последовательно полупрозрачные зеркало, первый светофильтр, первая измерительная сетка и первая телекамера, а на оси, перпендикулярной оси объектива и проходящей через точку пресечения полупрозрачного зеркала с осью объектива последовательно расположены второй светофильтр, вторая измерительная сетка и вторая телекамера, идентичная первой, причем расстояния от точки пересечения оси объектива с полупрозрачным зеркалом первой и второй телекамер вдоль соответствующих осей равны, первый светофильтр имеет спектральную характеристику, идентичную кольцевому светофильтру диафрагмы, второй светофильтр имеет спектральную характеристику, идентичную центральному светофильтру диафрагмы, причем спектральные характеристики светофильтров не перекрываются в спектральном диапазоне чувствительности обеих телекамер, телекамеры связаны с видеомониторами и/или компьютерными системами визуализации, причем изображение кольцевой полоски, формируемой тороидальной линзой на поверхности объекта в спектральном диапазоне пропускания первого фильтра и отображающее ее профиль, наблюдается только на системе визуализации, связанной с первой телекамерой, а изображение кольцевой зоны поверхности объекта и расположенных на ней различных дефектов, формируемых второй телекамерой в спетральном диапазоне второго светофильтра, наблюдаются только на системе визуализации, связанной со второй телекамерой, при этом в силу симметрии оптических элементов системы наблюдения, расположенных за объективом, и идентичности оптических характеристик первой и второй телекамер формируемые ими разноспектральные изображения равномасштабны, а цены делений первой и второй измерительных сеток равны друг другу.

Схема устройства представлена на фиг.1.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1 и последовательно установленные в нем электрическую лампу 2, тороидальную линзу 3, диафрагму 1 с вырезами кольцевой и круглой формы, расположенные на ней кольцевой фильтра 5 и круглый фильтр 6 с различными спектральными характеристиками, не перекрывающимися в спектральном диапазоне чувствительности телекамер, зеркальный конус 7, вершина которого обращена к лампе, зеркальный конус 8 в систему наблюдения с вершиной, обращенной к объективу 9, светоделительное зеркало 10, первый светофильтр 11 и первая измерительная сетка 12, расположенные перед телекамерой 13, второй светофильтр 14, вторая измерительная сетка 15, вторая телекамера 16, системы визуализации видеосигналов 17 и 18, формируемых соответственно первой и второй телекамерами.

Системы визуализации и обработки изображения могут содержать компьютер (на фиг.1 не показан в силу общеизвестности) и т.п. устройства.

Устройство работает следующим образом.

Тороидальная линза 3 формирует на поверхности объекта узкую световую полоску кольцевой формы в спектральном диапазоне, определяемом спектром пропускания установленного на диафрагме кольцевого фильтра, например, красного цвета в случае применения для изготовления фильтра стекла марки КС-19.

Часть светового потока лампы 2, прошедшая через фильтр 6, установленный перед центральным вырезом диафрагмы с помощью второго зеркального конуса 7, имеющего угол при вершине 90° и установленного на расстоянии S_к от лампы 2, равном расстоянию S _л от нее до плоскости изображения тороидальной линзы 3, освещает внутреннюю поверхность объекта в кольцевой зоне, симметрично расположенной относительно изображения кольцевой световой плоски, формируемой тороидальной линзой 3.

Ширина этой зоны на поверхности объекта, приблизительно равная осевой длине конуса l_к=V₂·(D_к/2), выбирается с учетом глубины резкости объектива 9 системы наблюдения. При этом спектр излучения, прошедшего через центральный фильтр 6, не перекрывается со спектром излучения, проходящего через кольцевой фильтр 5.

Объектив 9 с помощью конического зеркала 8 кольцевого наблюдения, полупрозрачного зеркала 10, фильтров 14 формирует на входе первой телекамеры изображение кольцевой световой полоски, формируемого тороидальной линзой 3. При этом в соответствии и с известным принципом светового сечения контур изображения этой полоски полностью повторяет профиль внутренней поверхности объекта в плоскости, совпадающей с фокальной плоскостью тороидальной линзы, перпендикулярной продольной оси корпуса.

Углы между нормалью к поверхности объекта и оптическими осями тороидальной линзой 3 и объектива 9 (с учетом отражения от конуса 8, имеющего угол при вершине 45°) приняты равными 45° для уменьшения искажений изображения профиля объекта в контролируемом сечении, т.к. спектр пропускания фильтра 14 идентичен спектру пропускания фильтра 5 и не перекрывается со спектром пропускания фильтров 6 и 11 (см. фиг.2), на экране системы визуализации 18 телекамеры 16 наблюдается только изображение светового сечения объекта (фиг.3,а).

Одновременно с помощью объектива 9 зеркального конуса 8 фильтра 11 и телекамеры 13 на экране системы визуализации 17 формируется изображение объекта в кольцевой зоне, прилегающей к плоскости светового сечения (фиг.3,б). Таким образом, оператор одновременно может контролировать изображения светового сечения объекта и качество поверхности в прилегающей к ней кольцевой зоне.

Измерительные сетки 12 и 15 служат для оценки размеров дефектов и искажения профиля изделия.