Каневский. И. Н. Каневский Е. Н. Сальникова
 Скачать 3.53 Mb.
|
|
гибкие и жесткие. Бороскоп (boroscope) в ино- странной литературе – это либо общее название эндоскопов, либо название жестких эндоскопов. Фиброскоп, флексоскоп-англо- язычные названия гибких эндоскопов (от fiber – волокно, flexible – гибкий).Основное назначение эндоскопов – быстрое и высоко- качественное визуальное исследование труднодоступных полостей машин и механизмов без их разборки. Жесткие эндоскопы. Эти эндоскопы предназначены для визуального контроля узлов, к которым возможен прямолинейный доступ (особенно когда эндоскопический контроль запланирован на стадии проектирования изделия). Жесткие эндоскопыисполь- зуются для осмотра газовоздушного тракта авиадвигателей, полос- тей машин и механизмов, пустот в стенах зданий, каналов и труб малого диаметра, полостей отливок, шлифовальных и хонинго- ванных отверстий. Жесткий эндоскоп (оптическая трубка) состоит из визуаль- ной и осветительной системы. Визуальная система состоит из лин- зовой, стержневой или градиентной оптики, которая заключена во внутреннюю металлическую трубку. Осветительная система состоит из оптического волокна, которое расположено между двумя металлическими трубками – наружной и внутренней. Жесткие эндоскопы характеризуются четырьмя основными пара- метрами: диаметром рабочей части, длиной рабочей части, углом направления наблюдения и углом поля зрения. Наиболее рас- пространенные диаметры рабочей части: 1,7; 2; 2,7; 4; 6; 8 и 10 мм. Длина жестких эндоскопов обычно варьируется в пределах от 100 до 1000 мм и изменяется с шагом 200-300 мм. Основные углы направления наблюдения 0, 30, 45, 75, 90 и 110 0 одной из причин применения красного цвета проникающих жид- костей в капиллярной дефектоскопии. На воспринимаемый цвет малых объектов влияют их угло- вые размеры. При уменьшении угловых размеров от 1,5 є до 6 ґ цвет красных объектов не меняется, пурпурные объекты краснеют, зелёные, зелено-синие и синие объекты становятся менее насыщен- ными. С дальнейшим уменьшением угловых размеров цвет объекта (кроме красного) становится серым. Стабильность цвета красных объектов – еще одна из причин применения этого цвета при дефектоскопии. Красный цвет дейст- вует возбуждающе, ускоряет психические процессы. При прочих равных условиях он способствует ускорению реакций на 1,4-6%. Фиолетовый цвет, напротив, замедляет реакцию на 27-39 %. Красный цвет традиционно используется для сигнализации об опасности, о наличии дефекта, о запрещении. Глаз, как и любая реагирующая система, обладает инерцией. Время, необходимое для возникновения зрительного ощущения, зависит от длины волны, яркости объекта и составляет 0,025-0,1с. При осмотре цветных объектов скорость возникновения ощущения и его сила возрастают по мере перехода от цветов коротковолнового участка спектра (фиолетовый) к цветам длинноволнового (красный). Возникшее световое ощущение исчезает не сразу, поэтому быстро движущаяся точка предстает в виде линии, а мелькающий свет при достаточно высокой частоте не отличается от постоянного. Критическая частота мельканий обычно не превышает 50 Гц. При осмотре детали объекты, привлекающие внимание (дефекты), поочерёдно проецируются на центральную ямку сет- чатки. Глаз в процессе наблюдения то относительно неподвижен, то резким скачком поворачивается на угол 20-10є. В среднем происходит 2-5 скачков в секунду. При этом скорость луча зрения, скользящего по детали, достигает 300-400 мм/с. Трещины длиной 2-5 мм при такой скорости осмотра могут быть не обнаружены, т.к. продолжительность их осмотра мала (0,005-0,01 с) и зри- тельное ощущение не успевает сформироваться. Эти ограничения должны учитываться при контроле деталей способами визуального наблюдения. 188 189 концом. Канал для передачи изображения представляет собой линзовый объектив, который строит изображение исследуемого объекта на торце кабеля передачи изображения. Далее изображе- ние передается по кабелю, состоящему из большого числа волокон толщиной 10-12 мкм. Расположение торцов волокон на входе кабеля точно должно соответствовать их расположению на выходе, т.е. должна быть регулярная укладка. Изображение, полученное на конце кабеля, рассматривается через окуляр, имеющий диопт- рийную подвижку для подстройки под глаза. Канал для передачи света представляет собой, как правило, светорассеивающую линзу, вклеенную в головку прибора, световолоконный жгут с нерегулярно уложенными волокнами толщиной 25 мкм. Конец световолокон- ного жгута вмонтирован в специальный наконечник, подключаю- щийся к осветителю. Гибкие эндоскопы имеют управляемый дис- тальный конец, изгибающийся в одной или двух плоскостях. Как правило, это определяется диаметром рабочей части. Обычно в эндоскопах малого диаметра (6 мм и менее) изгиб осуществляется в одной плоскости, а в более крупных – в двух. В эндоскопах раз- личных производителей угол изгиба бывает от 90 до 180 0 . К тому же эндоскопы могут комплектоваться насадками или объективами бокового наблюдения. Это важно, если есть необходимость осмат- ривать, например, стенки труб малого диаметра, где изгиб дистального конца невозможен. Эндоскопы могут иметь канал для гибкого инструмента при необходимости осуществления мани- пуляций, например, захвата предметов, взятия пробы и т.д. Основным недостатком гибких эндоскопов по сравнению с жесткими является более низкая разрешающая способность. При выборе гибкого эндоскопа руководствуются двумя основными параметрами: диаметром и длиной рабочей части. Наиболее распространены диаметры 4, 6, 8 и 10 мм. В последнее время веду- щие производители предлагают гибкие эндоскопы с диаметром рабочей части от 0,5 до 2 мм. Длины рабочей части изменяются от 500 до 3000 мм с шагом, как правило, 500 мм. Угол поля зрения составляет 50-60 0 . При необходимости он может быть увеличен до 90-100 0 . Обычно гибкие эндоскопы имеют герметичную масло- бензостойкую рабочую часть с покрытием из нержавеющей стали. Угол направления наблюдения может быть и плавно изменяе- мым в эндоскопах с качающейся призмой – от 30 до 110 0 . Угол поля зрения, как правило, варьируется от 50 до 90 0 . При этом необходимо учитывать, что увеличение поля зрения приводит к уменьшению детализации, т.е. можно видеть много и мелко или мало и крупно. Основное преимущество жестких эндоскопов заключается в высокой разрешающей способности – до 25 линий на миллиметр. Гибкие эндоскопы. Не всегда возможен прямой доступ к объекту, или сам объект имеет сложную геометрию, например газо- турбинные, электрические двигатели, турбогенераторы, котлы, теплообменники, трубы водоснабжения, канализации, промыш- ленные коммуникации. В этом случае для визуального контроля применяются гибкие эндоскопы. В гибких эндоскопах визуальная система и система передачи света состоят из волоконной оптики, смонтированной внутри гибкой трубки с управляемым дистальным Рис. 1. Жесткие эндоскопы 190 191 Видеоэндоскопы. Гибкие волоконно-оптические эндоскопы имеют ряд недостатков, наиболее существенные из которых – невысокая разрешающая способность и ограничение по длине, определяемые затуханием в волокне. Модернизация или, точнее, замена в системе передачи изображения гибкого эндоскопа волоконно-оптического жгута на электронику позволила повысить разрешающую способность приборов, увеличить их длину и привела к появлению видеоэндоскопов. Изображение в них через объектив попадает на ПЗС-матрицу, затем сигнал по ка-белю передается в блок преобразования и выводится на монитор. В настоящее время в мире производятся видеоэндоскопы с диаметрами рабочей части 6, 8, 10, 12, 16 и 20 мм и длиной кабеля от 2 до 30 м. Рис. 2. Гибкие эндоскопы Рис 3 В ид ео эн до ск оп 192 193 тов: трещины, раковины, коррозионные язвы, дефекты внутренних покрытий. С помощью эндоскопа можно измерить размеры де- фекта. Сигнал с ВПУ можно передать на видеомагнитофон и персо- нальный компьютер, а специальное программное обеспечение позволяет вывести на монитор изображение с двух видеокамер одновременно и провести анализ полученной информации. Резуль- таты контроля можно сохранять в памяти, что дает возможность повторного просмотра полученной информации, а также вывод ее на принтер. Новая модель – телевизионный эндоскоп ТЭ-1В – объединила в себе преимущества предыдущих эндоскопов. При использовании видеокамеры с портативным монитором (диагональ экрана 9 см) и двусторонней подсветки места контроля было получено хорошее изображение с увеличением в 6-10 раз и умень- шением технологического отверстия в исследуемом объекте до 25 мм. При невысокой стоимости ТЭ-1В качество получаемого с помощью данного прибора изображения выше, чем при примене- нии волоконно-оптического эндоскопа. Приведем для сравнения данные по портативному прибору для визуально-измерительного контроля в промышленности Video- Probe XL-PRO. Это один из самых современных приборов, кото- рый в то же время очень прост в эксплуатации. Он предназначен для визуально-оптического контроля деталей в труднодоступных местах механизмов, машин и оборудования. На рис.4 представлен внешний вид прибора. Приведем некоторые характеристики новой модели прибора для визуально-оптического контроля качества основного металла и металла сварных швов ТЭ-1В, разработанного специалистами Киевского института электросварки им. Патона. Прибор ТЭ-1В представляет собой видеоконтрольное уст- ройство (ВКУ), состоящее из монитора со встроенным инвертор- ным блоком питания, видеоприемного устройства (ВПУ) и устройства перемещения. ТЭ-1В может работать от сети перемен- ного тока в стационарных условиях. Аккумулятор обеспечивает автономное питание и позволяет использовать телевизионный эндоскоп в полевых условиях. Приемное устройство телевизион- ного эндоскопа ТЭ-1В состоит из двух блоков. Первый блок – видеокамера и лампочки подсветки, расположенные в корпусе, которые обеспечивают контроль поверхности исследуемого объекта перпендикулярно к продольной оси. (Как правило, расстояние от объектива до поверхности исследуемого объекта невелико, поэ- тому объектив видеокамеры настраивают на расстояние 5-7 мм, подсветка обеспечивает освещение поверхности исследуемого объекта в ближней зоне). Второй блок – видеокамера и светодиоды подсветки, имеющие сфокусированный направленный пучок света, включая токоограничивающий элемент, что обеспечивает контроль состояния поверхности вдоль продольной оси. Видеокамера осна- щена широкоугольным объективом (изображение объектов, нахо- дящихся на расстоянии более 30-60 мм от объектива, всегда сфо- кусировано), поэтому особые требования предъявляются к под- светке. ВПУ крепят к жесткой штанге, которая обеспечивает пере- мещение вдоль объекта контроля. Возможно также крепление ВПУ к гибкой штанге, что позволяет проводить осмотр внутренних полостей объектов контроля (ОК), имеющих сложную геометрию. Прибор ТЭ-1В позволяет производить визуальный контроль труднодоступного, удаленного пространства, объектов различного назначения, например труб теплообменников, промышленных коммуникаций, цистерн, баков, труб большого диаметра, полостей различных конструкций. Возможно также его использование при таможенном осмотре. Прибор определяет различные типы дефек- Рис.4. Внешний вид прибора VideoProbe XL-PRO 194 195 Предусмотрены комбинированные S-видео входы и выходы для подсоединения мониторов, записывающих устройств, для работы с внешними источниками видеосигналов (видеокамеры, тепловизоры и т.д.). VideoProbe XL-PRO c диаметром зонда 7 мм имеет внутрен- ний инструментальный канал для захвата посторонних мелких объектов в зоне контроля. В комплект также могут входить специа- лизированные зонды: летающий с воздушными соплами, промыш- ленный, зонд для скрытого наблюдения с возможностью отключе- ния источника света и понижения скорости вращения вентилятора, зонд для инспекции кольцевых сварных швов. XL-PRO с диаметром зонда 3,9 мм – самый тонкий видеозонд в мире. Его разрешающая способность в 10 раз выше, чем у воло- конно-оптического эндоскопа того же диаметра. Он идеален для применения в авиации и космонавтике. Видеозонды VideoProbe XL- PRO с диаметрами 3,9 и 5 мм решают задачи контроля, ранее недо- ступные для других видеоэндоскопов, особенно на авиационных и космических объектах. Лупы. Внешний вид и характеристики луп, используемых при ВОК, приведены на рис. 6, 7. Все лупы изготовлены в соот- ветствии с ТУ 3-3.687-82. В комплект прибора входят: CCD – цветная видеокамера с разрешением 440.000 точек, 500 HTV-линий (технология HYPER HAD), источник света Welch Allyn SolarcTM 50 Вт с ресурсом лампы 1500 ч. Для затемненных объектов предусмотрен режим длительной экспозиции. Запатентованная технология высокоточ- ных измерений ShadoProbe позволяет получить хорошее изображе- ние без потери разрешения; программное обеспечение XL- PROwareTM применяется для повторных измерений объектов контроля, создания структуры каталогов для хранения изображе- ний в ПК, сравнения текущего изображения с ранее архивирован- ными благодаря системе разделения экрана. Встроенная система архивирования записывает до 48 изображений на 3,5" дискету, до 450 во внутреннюю флэш-память и до 900 на карту памяти Smart- Media одновременно с записью звуковых комментариев через встроенный микрофон. Функция цифрового увеличения с крат- ностью 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 позволяет увеличивать изображение на экране без замены объектива зонда. а) б) Рис. 6. Лупы для визуального контроля: а – лупа с 4-кратным увеличением (поле зрения 77 мм, размеры160x80мм, масса100 г); б – лупа с 10-кратным увеличением с возможностью измерения по измерительной шкале с ценой деления 0,1 мм (поле зрения 35 мм, диаметр 39, высота 36 мм) Рис.5. Набор специализированных зондов 196 197 Приложение Д Физические основы КНК Смачивание. Смачивание – это поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, то жидкость хорошо смачивает твердое тело, образуя с ним устойчивую поверхность раздела. При статическом смачивании капля жидкости принимает на поверхности твердого тела форму линзы. Равновесие капли определяется уравнением бcosи = б – б тж тв , (1) где б и , б , б тж тв – соответственно поверхностное натяжение на границе «твердое тело – воздух», «твердое тело – жидкость», «жидкость – воздух»; θ – краевой угол смачивания, образованный плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к поверхности жидкости в точке смачивания. Краевой угол отсчи- тывается внутрь жидкости. Косинус краевого угла является мерой статического смачи- вания. б б б = cosи тж тв (2) Разность тж тв б – б называется напряжением смачивания. Чем она больше, тем меньше краевой угол и лучше смачивание. Если краевой угол смачивания уменьшается, стремясь к нулю, θ cos приближается к единице и наблюдается полное смачивание. Избыток жидкости безгранично растекается по поверхности твер- дого тела. Диаметр пятна, образованного строго дозированной каплей смачивающей жидкости, или скорость, с которой фронт пятна наступает на чистую поверхность твердого тела, а также характер Лупы предназначены для наблюдения и визуального измерения на поверхностях различных изделий при дневном и искусственном свете, а также в условиях недостаточной освещен- ности или полного затемнения поверхностей наблюдения с увеличением в 4-10 крат и возможностью измерения по измеритель- ной шкале с ценой деления 0,1 мм. Белый цвет измерительной шкалы позволяет проводить осмотр и измерения поверхностей с темным фоном: ржавых труб, металлических стенок бортов судов, газопроводов, сосудов, работающих под давлением, стенок резервуаров, осуществлять осмотр кристаллов в радиоэлектронной промышленности, проводить расценку рентгеновских снимков. Технические характеристики лупы, представленной на рис.7: линейное поле зрения 50 мм, длина измерительной шкалы 28 мм, цена деления 0,1 мм, диаметр с металлической оправой 52 мм, высота 47 мм. – Рис. 7. Лупа с 10-кратным измерением, с подсветкой, с белой измерительной шкалой 198 199 где R 1 и R 2 – радиусы кривизны поверхности жидкости в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через нор- маль к поверхности в данной точке. Добавочное давление вызывает изменение уровня жидкости в узких трубках (капиллярах), поэтому его называют капиллярным. Характер изменения уровня зависит от степени смачивания жид- костью стенок капилляров и их радиуса кривизны. В общем случае с учетом смачивания капиллярное давление определится как R 1 + R 1 cosи б = Др 2 1 Смачивающие жидкости заполняют узкие полости любой формы. Необходимое условие – размеры полостей должны быть настолько малы, чтобы жидкость могла образовать мениск сплош- ной кривизны, без плоских участков. Под действием капиллярных сил смачивающие жидкости заполняют полости трещин и других поверхностных дефектов типа несплошности материала. Находя- щийся в полостях дефектов воздух частично вытесняется из них, частично сжимается или растворяется в жидкости. Полости трещин чаще всего имеют форму узкого клина, вер- шина которого обращена внутрь материала. Попав в трещину, смачивающая жидкость продолжает проникать в глубь полости, даже если ее полностью удалить с поверхности. В этом случае в полости трещины жидкость образует два мениска, вызывающих появление двух капиллярных давлений. Их равнодействующая направлена в глубь полости и равна: , R 1 + R 1 cosи б = р р = р ' 2 ' 1 2 1 где ' 2 ' 1 R R > соответственно радиусы кривизны второго и пер- вого менисков в плоскости перпендикулярного сечения трещины. Жидкость, заполнившая полость трещины, будет удерживаться в ней капиллярными силами даже в том случае, если ее удалять с поверхности детали. Однако если на мениск, расположенный в устье изменения этой скорости могут быть приняты за меру смачивания жидкостей для КНК. Однако указанные параметры зависят не только от напряжения смачивания, но и от других факторов, прежде всего от вязкости жидкости, ее плотности, летучести, а также от максимальной высоты растекающейся жидкости, поэтому по растекаемости можно непосредственно судить только о смачива- нии одной и той же жидкостью разных твердых поверхностей. При сравнении смачивания разных жидкостей в результаты измерений должны вводиться поправки, учитывающие влияние указанных выше параметров. Из формулы (2) видно, что лучшее смачивание обеспечивают жидкости с малым поверхностным напряжением. Это должно учитываться при выборе жидкостей для КНК. На смачивание оказывает влияние шероховатость поверх- ности. С повышением шероховатости смачивание улучшается, поэтому некоторые масла и жирные кислоты не растекаются по полированной поверхности, но растекаются по шероховатой. У стенок трещин шероховатость, как правило, выше, чем у обрабо- танной поверхности, поэтому следует ожидать, что в чистых полостях трещин у жидкостей будет более высокая смачивающая способность по отношению к поверхности образца. |