Визуально-оптический контроль оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Визуально-оптический контроль оборудования

Введение

визуальный оптический контроль прибор

Визуальный контроль с применением оптических приборов называют визуально-оптическим.

Визуально-оптический метод контроля применяется в основном для проверки открытых поверхностей (наружных и внутренних), осмотра закрытых конструкций (при наличии каналов для доступа приборов к контролируемым местам), труднодоступных мест различного оборудования.

Визуально-оптический метод контроля предназначен для обнаружения поверхностных дефектов достаточно большого размера: трещин, царапин, вмятин, коррозии, герметичности и т.п.

Минимальный размер дефекта, который может быть обнаружен при визуальном контроле, зависит от характера контролируемой поверхности, уровня яркости и контраста яркостей между деталью и фоном. Глаз довольно быстро утомляется, и острота зрения снижается, поэтому визуальный осмотр -- недостаточно точный метод. Кроме того, возможности глаза человека не всегда позволяют получить достоверную информацию о состоянии детали. Удаленность объекта контроля, недостаточная освещенность, ограниченная контрастная чувствительность и малая разрешающая способность (разрешающая способность определяется наименьшим расстоянием между двумя соседними минимальными выявленными дефектами, для которых возможна их раздельная регистрация) зрения человека позволяет принимать визуальный контроль только для обнаружения больших дефектов. Ограниченность остроты человеческого зрения компенсируется применением различного рода оптических устройств. Острота зрения и разрешающая способность глаза увеличивается примерно во столько раз, во сколько увеличивает изображение оптическое устройство. Это позволяет видеть мелкие объекты, размеры которых находятся за пределами границы видимости невооруженного глаза [5].

1.Физические основы визуально-оптического метода контроля

Метод основан на использовании законов распространения и преломления лучей света в системах оптических приборов и взаимодействия света с контролируемым объектом. Однако оптико-визуальный контроль имеет недостаточно высокую чувствительность и достоверность. Поэтому его используют в целях поиска поверхностных дефектов, доступных для непосредственного осмотра, анализа характера повреждений, обнаруженных другими методами дефектоскопии, а также осмотра закрытых конструкций с целью обнаружения загрязнений и наличия посторонних предметов. Дефекты даже относительно больших размеров могут быть не обнаружены с помощью оптических приборов из-за малого контраста с фоном.

Классификация методов визуально-оптического контроля

В зависимости от условий проведения контроля визуально-оптический контроль можно разделить на (см. рис. 1.):

Рис.1.

Прямой визуальный контроль - визуальный контроль с непрерывным ходом лучей между глазами оператора и контролируемой поверхностью (рис.2.).

Рис. 2. Прямой визуальный контроль

Этот контроль проводится без или со вспомогательными средствами - например, зеркало, линза, эндоскоп или волоконно-оптические приборы. В этом случае контролируемая поверхность осматривается непосредственно глазами. Общий осмотр, детальное исследование и оценка мест возможного нахождения дефектов - это операции, которые сильно зависят от человеческого фактора. К наиболее сложно обеспечиваемым условиям действенного визуального контроля относятся хорошая подготовка и опыт оператора и детальная инструкция по проведению осмотра. Прямой визуальный контроль может проводится со вспомогательными средствами или без них. Вспомогательные средства необходимы, если контролируемая поверхность недоступна или угол поля зрения слишком мал для детального осмотра. При малых углах необходимо применение вспомогательных средств, например, зеркала или эндоскопа. Эндоскоп, который сконструирован с линзами или световолокном, позволяет непосредственно наблюдать недоступные или плохо видимые поверхности, расположенные слишком близко.

Непрямой визуальный контроль - визуальный контроль с прерыванием хода лучей между глазами оператора и контролируемой поверхностью. Непрямой визуальный контроль предполагает применение видео- и фототехники, автоматизированных устройств и роботов. В этом случае есть возможность разделить функции собственно оператора, который, например, делает видеоснимок, и расшифровщика, дающего заключение, на основе которого принимается решение. Кроме того, отдельно можно выделить процедуры увеличения снимка, обработки изображения, измерения, которые должны помочь расшифровке. При этом с одной стороны существует опасность, что из-за плохого качества снимка дефекты не будут обнаружены, а с другой - возможность переусердствовать и выдать неверное заключение.

Необходимым условием проведения визуально-оптического контроля является наличие хорошего контраста между дефектными участками и остальной поверхностью объекта. Достигнуть удовлетворительного контраста можно используя источники освещения с уровнем освещенности не менее 500 Люкс, а так же тщательной подготовкой поверхности контроля. Подготовка поверхности включает в себя ее очистку наждаком, шлифовку, а затем и аккуратную полировку. Освещение - это также очень важный фактор для обеспечения хорошей при контроле, так как благодаря хорошему освещению границы раздела между дефектными зонами и остальной поверхностью образца будут четкими и яркими, как по цвету, так и по контрасту. Для уверенного решения большого количества задач и надежного обнаружения дефекта освещенность должна составлять 1000 Люкс, а часто и много больше. С другой стороны, при увеличении яркости освещения важно иметь в виду, что если контроль производится при малых углах зрения относительно контролируемой поверхности, возникают блики и так называемый «эффект ослепления», которые могут привести к пропуску некоторых дефектов. Таким образом, для наиболее уверенного контроля направление освещения должно совпадать с направлением осмотра. Также для улучшения контрастности важна цветовая температура источника света.

Методы визуально-оптического контроля.

По способу получения первичной информации различают:

*органолептический визуальный контроль, с помощью которого находят видимые дефекты, отклонения от заданных формы, цвета и т. д.;

*визуально оптический контроль - проводится с применением инструментов: лупы, микроскопы, эндоскопы - для осмотра внутренних полостей; проекционные устройства - для контроля формы изделий, спроецированных в увеличенном виде на экран

По характеру взаимодействия с контролируемым объектом различают методы: отраженного, прошедшего, рассеянного и комбинированного излучения.

В отраженном свете. Применяется для контроля поверхности непрозрачных материалов, измерения линейных размеров. Схема контроля приведена на рис. 3а.

В проходящем свете. Применяется для установления внутренних напряжений, наличия дефектов в прозрачных материалах. Схема контроля приведена на рис. 3б.

В рассеянном излучении. Применяется для контроля качества диффузионно-отражающих изделий, обнаружения включений по методу темного поля, измерения блеска, цвета и яркости поверхности. Схема контроля приведена на рис. 3в.

В комбинированном излучении. Применяется для контроля непрозрачных материалов, анализа структуры и микрорельефа поверхности. Схема контроля приведена на рис. 3.г.

Рис. 3 Методы визуально-оптического контроля.

Плюсы и минусы Визуально-оптический метод контроля

К несомненным преимуществам визуально- оптического метода контроля относятся:

1.доступность и информативность. Если требуется собрать данные о качестве объекта, то на визуально-оптический контроль приходится около 50 процентов от всего объема полученной информации.

2. Отсутствие необходимости в приобретении специального оборудования

3. Простота проведения повторной проверки и подтверждения результатов

Ключевой недостаток метода - это человеческий фактор. Статистика показывает, что он оказывает влияние на все получаемые результаты. Кроме того, к минусам отнесем возможность проверить только видимую часть объекта и выявить исключительно крупные дефекты. Чтобы обнаружить мелкую трещину, неразличимую глазом, требуется специальное оборудование

Приборы оптико-визуального метода контроля

Оптические приборы применяются:

1) для поиска относительно мелких поверхностных дефектов (трещин, коррозионных и эрозионных повреждений, язв, открытых раковин, пор и др.) при оптическом контроле, а также более мелких дефектов (по сравнению с осмотром невооруженным глазом) при цветном, люминесцентном, магнитном и рентгеновском контролях;

2) для обнаружения крупных дефектов -- больших трещин, мест разрушения элементов конструкции, остаточной изгибной деформации, скрытых или удаленных элементов конструкции, поиска течей, загрязнений, а также различных посторонних предметов внутри закрытых конструкций;

3) для анализа характера типа и степени опасности поверхностных дефектов, обнаруженных при контроле деталей каким-либо методом дефектоскопии (ультразвуковым, токовихревым, цветным и т.п.).

Применяются приборы с различной степенью увеличения. В связи с тем, что с ростом увеличения оптических приборов существенно сокращаются поле зрения и глубина резкости, а также снижаются производительность и надежность контроля, для осмотра деталей применяют приборы увеличения не более 20--30х. При общем осмотре особенно крупных объектов при поиске дефектов применяют приборы увеличением 2--16х, при контроле особо точных деталей при анализе характера обнаруженных дефектов применяют приборы увеличением 10--30х.

По назначению приборы подразделяются на три группы для рассматривания:

1) мелких близко расположенных объектов (лупы, микроскоп);

2) удаленных объектов (телескопические лупы, бинокли);

3) скрытых объектов -- внутренних поверхностей закрытых конструкций, отверстий, полых деталей и т.п. (перископы, техно эндоскопы, бароскопы и др.).

Эндоскоп.

Эндоскоп - это оптическое устройство, предназначенное для визуального осмотра полостей в труднодоступных местах.

Эндоскоп образован от греческого endon - внутри и skopeo - смотрю, рассматриваю, наблюдаю.

Все эндоскопы делятся на два больших класса: технические и медицинские.

Технические эндоскопы позволяют проводить визуальное исследование труднодоступных мест и применяются в самых разнообразных отраслях промышленности: электроэнергетика, водоснабжение, металлургия, авиационная и космическая промышленность, машиностроение и т.д.

Эндоскопы позволяют проводить быстрое и точное визуальное исследование различных механизмов, трубопроводов, различных емкостей без их полной разборки. С помощью эндоскопа осуществляется проверка пустотелых полостей при проведении контроля с целью обеспечения безопасности.

2.Устройство эндоскопа

Любой эндоскоп содержит осветительную и наблюдательную системы: осветительное устройство эндоскопа - функциональный узел эндоскопа, включающий источник света и другие элементы конструкции и предназначенный для освещения наблюдаемого объекта. При этом светопроводящая система эндоскопа может быть выполнена в жестком или гибком исполнении. Для передачи света от источника, установленного вне эндоскопа, к его светопроводящей системе служит световодный кабель эндоскопа - функциональный узел, состоящий из волоконного световода, в эластичной оболочке, с присоединительными элементами; наблюдательная система эндоскопа - части эндоскопа, предназначенные для формирования и передачи изображения объекта к наблюдателю (в жестком или гибком исполнении).

1- окуляр с диоптрийным кольцом; 2 - ручки управления дистальной частью; 3 - корпус; 4 - световод освещения; 5 - разъем для подключения к осветителю; 6 - рабочая часть; 7- дистальная часть.

Освещение эндоскопов

Сам по себе эндоскоп представляет собой трубку, которая имеет на конце оптическую систему для передачи изображения. Подавляющее большинство полостей, которые исследуются данным оборудованием, темные. В связи с этим оператор без освещения головки прибора не может визуально оценить полость, в которой работает.

Специально для этого на эндоскопе имеется технический провод для подключения к осветителю. Данный прибор устанавливается рядом с объектом исследования и передает свечение по специальному каналу на головку, освещая место исследования.

Осветители бывают трех видов:

1.Галогенные.

2.Металл галогенные.

3.Ксеноновые.

Галогенные осветители оснащаются лампочкой на 100-150 Вт. Они недорогие, но их применение сопровождается рядом неудобств. В первую очередь нужно отметить, что лампы имеют небольшой срок службы порядка 50 часов. Кроме этого, они светят в желтом спектре, что ухудшает правильную оценку цвета, что особенно важно при исследовании внутренних органов. Подобные системы являются более энергозатратными, чем остальные.

Металл галогенные осветители стоят дороже галогенных. Они оснащаются сравнительно слабой лампой на 24 Вт. При небольшом потреблении энергии она дает мощный свет, который идентичен галогенной лампочке на 200 Вт. Продолжительность горения такого источника около 800 часов. Немаловажным достоинством металл галогенных осветителей является их белый спектр свечения, что позволяет передавать естественные цвета исследуемой полости. Подобное оборудование выбирают для освещения как медицинских, так и технических эндоскопов.

Ксеноновые осветители являются самыми мощными. Они нашли свое применение в медицине и в некоторых отраслях промышленности, где применяется технический эндоскоп. Это дорогостоящее оборудование, которое могут себе позволить не все. Такие осветители дают естественный спектр, практически полностью идентичный дневному свету.

Многие технические эндоскопы большого диаметра не предусматривают подключение к осветителю, а просто оснащаются светодиодами, установленными вокруг объектива на головке. Такая конструкция массивная и не дает столь большую яркость, но стоит дешевле, чем прибор с отдельным осветителем.

Оптическая часть эндоскопа

Чтобы эндоскоп мог передавать изображение с рабочей части, применяются две технологии -- оптоволоконная и линзовая. Безусловным лидером по качеству передачи изображения является линзовая оптика. Внутри трубки устройства устанавливаются оптические линзы, такие же как используются в микроскопах, биноклях, подзорных трубах и телескопах. Оборудование данного типа может работать только в том случае, если линзы фиксируются в ровный неподвижной трубке. Такая система встречается только на жестких эндоскопах, которые не могут изгибаться. Подобное оборудование является мало распространенным, поскольку сфера его применения сравнительно небольшая.

Волоконная оптика может передавать информации об объекте съемки по извилистому пути. Такие системы применяются на гибких эндоскопах. Стоит отметить, что эффективность передачи изображения у такой системы на порядок ниже, чем у линзовой оптики. Производители эндоскопов зачастую делают их гибкими, поэтому вынуждены использовать волоконную технологию.

3.Бороскоп

Бороскоп технический - жесткий эндоскопический прибор, предназначенный для исследования полостей, щелей, глубоких отверстий или пространств за преградами, к которым возможен прямолинейный доступ через малоразмерные отверстия.

Области применения бороскопов:

Автомобилестроение, авиастроение, судостроение, автосервис - осмотр двигателей и подобных узлов;

Авиация - коммерческая, военная, ремонтная или частная;

Электростанции - атомные, угольные, газотурбинные, комбинированного цикла, гидро- и ветроэлектростанции;

Перерабатывающая промышленность - перегонка, химическая, нефте- и газотранспортировка, пищевая, очистка воды;

Железнодорожный транспорт - проверка состояния колесных пар и других элементов конструкций подвижного состава;

Досмотровая служба - досмотр багажа и груза;

Нефтяная и газовая промышленность - осмотр цистерн, баллонов и т.д.

Бороскопы также используются в производстве обрабатываемых или литых деталей для проверки критических внутренних поверхностей.

Бороскопы достаточно часто используются для судебных экспертиз в правоохранительных органах, в строительной инспекции для проверки перекрытий, стен зданий и сооружений, в оружейной отрасли для проверки внутреннего ствола огнестрельного оружия.

Также существуют технические инфракрасные бороскопы для измерения и контроля профилей температуры в обжиговых и стеклоплавильных печах. Главное его преимущество в том, что они контролируют температуру, охватывая сразу большую площадь внутри печей.

Конструкция бороскопа

Бороскоп состоит из жесткой трубки с окуляром на одном конце (дистальном) и объективом с дугой стороны (на проксимальном конце), связанных между собой оптической системой.

Оптическая система окружена оптоволокном для передачи света внутрь исследуемой области. Изображение освещенного исследуемого объекта (полости) передается через оптическую систему и наблюдается глазом

Различаются диаметром и длиной тонкой рабочей части.

Рабочие диаметры - от 0,8 (без встроенного световода подсветки - 0,6) до 5 мм.

Длина тонкой рабочей части от 30 до 300 мм.

Наклон оптической оси наблюдения из ряда:

0° - прямое наблюдение;

30°, 70°, 90° - боковое наблюдение.

Бороскопы могут быть оборудованы видеокамерой для передачи изображения на видеомонитор или компьютер.

Жесткие бороскопы, в отличие от гибких технических эндоскопов, имеют превосходное качество изображения при более низкой стоимости, но имеют ограничения доступа к объекту исследования.

Критерии выбора жесткого технического эндоскопа (бороскопа) -- это тип и размер исследуемого объекта, удаленность исследуемого объекта от точки доступа и диаметр точки доступа.

В жестких технических эндоскопах (бороскопах) применяются следующие оптические схемы:

- Система стержневидных линз (система Гарольда Хопкинса).

- Оптическая система на основе ахроматических дуплетов.

- Градиентная оптическая система.

Оптическая система на основе ахроматических дуплетов используется для бороскопов диаметром 6,5-10мм и более, для меньшего диаметра идеально подходят оптические системы с использованием стержне-линзовых компонентов (система HOPKINS) и для бороскопов очень малого диаметра (менее 2мм) используются градиентные оптические системы (содержащие последовательно установленные вдоль оптической оси устройство изменения направления оптической оси, градан-объектив, градан-транслятор и окуляр).

4.Компании производители оборудования

Бороскопы и эндоскопы производят ряд фирм.

Из импортных производителей можно выделить компании: Hawkeye, Olympus (Япония), jProbe (Япония), ViZaar AG (Германия), Aronic Endoscope Co Ltd, Richard Wolf (Германия), Henke-Sass Wolf (Германия), Schoelly Fiberoptic (Германия), PCE Instrumnents (Германия), Everest VIT (США), ITI (США), Karl Storz (Германия)

Из импортных производителей можно выделить компании Сатеко (Санкт-Петербург), АО «Интек» (Санкт-Петербург), НИЦ "Промышленная оптика"(Москва), Оптимед (Санкт-Петербург)

Литература

визуальный оптический контроль прибор

1. Т.Н. Хацевич, И.О. Михайлов «Эндоскопы», Учебное пособие, СГГА, 2002 ГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

2. А.А. Антонов «Визуальный и измерительный контроль (ВИК), Кафедра сварки и мониторинга нефтегазовых сооружений. Методические указания к лабораторной работе, Москва 2016

3. Интернет ресурс http://www.endoskop.ru/

4. Интернет ресурс https://ank-ndt.ru/

Размещено на Allbest.ru