CC BY
109
_дтгггг г: err gym: г / 47
-2 (75), 20ia/ Uf
Производство
УДК 681 .7.068: 620. 179 Поступила 05.03.2014
Е. И. МАРУКОВИЧ, Е. М. ПАТУК, Институт технологии металлов НАНБеларуси,
А. П. МАРКОВ, Е. В. ЕФИМЕНКО, Белорусско-Российский университет, О. Ю. БОНДАРЕВ, ПА «МЕГА»
визуально-оптическая дефектоскопия поверхностей отливок и проката
Анализируются способы и средства визуально-оптической дефектоскопии поверхностей с адаптивной визуализацией первичных отображений дефектных мест.
Ways and means of visual and optical defectoscopy of surfaces with adaptive visualization of primary images of defective places are analyzed.
В современных технологиях литейного производства и металлургии широкое применение находят способы и средства визуальной дефектоскопии поверхностных отливок изделий и форм . Для формирования первичных отображений изменяющейся поверхности используются различные излучения, посредством воздействия которых контролируемые участки генерируют первичную информацию, как реакцию объекта на такое воздействие . При этом преимущественное применение находят оптические и оптико-электронные структуры не-разрушающего контроля . Оптические методы и оптическая информация более комфортны и оптическое изображение привычнее для наблюдателя, чем другие виды визуализации дефектных мест поверхности . Некоторая ограниченность оптических способов обусловлена приповерхностным взаимодействием воздействующего излучения оптического диапазона и элемента поверхности [1] .
Способы и технологии эндоскопии, интроскопии, бороскопии как разновидности технологического контроля в основном предназначены для визуального наблюдения за изменчивостью поверхностей с представлением их информативных изображений непосредственно наблюдателю По существу все они объединяются в современную область дефектоскопии - визуаскопию [2] .
Для технологического контроля объектов литья и металлургии более рациональными являются оптические способы визуаскопии, когда наблюдатель получает первичное отображение в оптической форме При появлении и наличии физических признаков аномальных отклонений, как потенциально
зарождающихся дефектов, формируется информативное изображение, в котором заложена первичная информация о количественных и качественных параметрах поверхностных отклонений [2]
Перспективны способы и технологии визуально-оптической дефектоскопии на основе световод-ных каналов дистанцирования оптических излучений и изображений При этом для дистанцирования оптических излучений используется энергетический световод для ориентированного освещения участка поверхности . Его изображение последовательно дистанцируется по информационному световоду для непосредственного восприятия через окуляр наблюдателем [1]
Недостатки таких способов обусловлены особенностями учета характера реального взаимодействия воздействующего излучения автономного излучателя от источника питания (стационарного или переносного) с отражающим элементом поверхности Несогласованная ориентация излучателя и приемника, энергетическая несогласованность излучения с отражающими свойствами реального элемента поверхности обусловливают сложности адаптации наблюдателя к непрерывно поступающим информативным излучениям . Значительный объем информации необходимо воспринимать и постоянно сравнивать с фотошаблонами (по картам) или по памяти с изображениями элементов поверхности с нормированными свойствами
Способы визуально-оптической эндоскопии со ступенчатым регулированием напряжения источника питания и управлением пространственным положением дистального конца (приемника) ограничивают мобильность и оперативность В таких
И/Г,гтггг гг гитпг^гтптп
/ 2 (75), 201а-
способах поиск поврежденных мест поверхности, управление пространственным положением дис-тального конца и двухступенчатое регулирование напряжения осуществляются оператором [2] .
Наряду с этим субъективное воздействие оператора при управлении и регулировании в таких способах снижает достоверность и производительность визуальной дефектоскопии, так как не учитываются фактическое состояние поверхности и характер освещенности наблюдаемого участка (элемента, узла) ее . При сильной или слабой неравномерной засветке участка снижаются прояв-ляемость и воспринимаемость потенциально поврежденных мест и не исключается пропуск дефектных зон поверхности
В существующих способах скопирования, включающих воздействие на исследуемую зону поверхности оптическим излучением, восприятие и формирование оптического изображения освещенного участка поверхности осуществляются оператором Для трансформации воспринятого изображения используется световодный канал [3] . Их недостатком является ограниченная проявляемость поврежденных мест поверхности и недостоверная восприимчивость оптических изображений из-за несогласованности энергетического воздействия излучения (излучателя) с фактическим состоянием рассматриваемой зоны поверхности (участка, элемента, узла и т д )
Большое энергопотребление при неуправляемой освещенности ограничивает мобильность и применимость такого способа и снижает достоверность, производительность и технико-экономическую эффективность способа визуаскопии (эндо-, интро-, бороскопии и др . ) .
В адаптивной визуально-оптической дефектоскопии, включающей воздействие на дефектируе-мый участок поверхности оптическим излучением и прием отраженного излучения с трансформацией воспринятого оптического изображения наблюдателю, используется управляемое оптическое излучение одновременно и согласованно воздействующее на поверхность по фактической освещенности и реальной отражательной способности . Спектрально-энергетическое регулирование воздействующего излучения осуществляется путем сравнения освещенности информативного изображения с нормированной освещенностью для данных условий При их несоответствии проводится плавная регулировка воздействующего излучения, создающего оптимальную освещенность реальной поверхности с максимальной проявляемостью дефектных мест при минимальной яркости информативного изображения скопируемой зоны Все это
реализуется в реальных пространственно-временных координатах визуаскопируемой поверхности [3] Адаптивно управляемая дефектоскопия реализуется путем управления спектрально-энергетическими параметрами воздействующего излучения при воздействии на скопируемую зону поверхности по ее фактической освещенности и реальной отражательной способности .При пространственно-ориентированном и согласованном взаимодействии воздействующего спектрально-энергетического излучения и реальной поверхности и скопируемого изображения минимизируются потери энергии и информации
В адаптивно управляемой визуаскопии одновременно воздействуют на скопируемую поверхность и принимают отраженное излучение и по отражательной способности поверхности управляют освещенностью рассматриваемой зоны через регулируемое воздействующее излучение Прием оператором ориентирован на информативное излучение по спектрально-энергетическим параметрам с реальным информативным излучением отражающей поверхности . За счет прямой и обратной оптической связи управляемое спектрально-энергетическое воздействие на поверхностную зону осуществляется через воздействующее излучение, пространственно ориентированное на скопируемую зону поверхности
Скопирование поверхностей в визуально-оптической дефектоскопии связано с техническими средствами, в конструкции которых встроены узлы и блоки для подсветки, поиска, формирования и отображения изображений, трансляции и других операций . Определяющим конструктивным отличием визуаскопов является операционная связь светотехнического, информационного и электромеханического устройств . Если в эндоскопах основным отличительным элементом является световод, то, например, в электронно-оптических визуаско-пах - видеокамера .
В конструкции оптико-электронных визуаско-пов должно обеспечиваться пространственно-временное объединение типовых элементов для освещения только осматриваемой зоны поверхности (объема), выделения и восприятия информативного изображения, трансформации этого изображения для зрительного восприятия В такой конструкции источник питания, излучатель, система локализации и формирования информативного изображения, каналы светотехнический и информационный, устройство отображения и оператор работают одновременно [2]
Однако для таких визуаскопов характерна энергетическая и операционная несогласованность
в действиях и параметрах каналов и оператора . В течение всего процесса дефектоскопии все дорогостоящие функциональные устройства и оператор действуют в одном режиме, независимо от того, видно или не видно, есть сомнительные зоны или нет. Все это сказывается на восприимчивости и оперативности дефектоскопии. Позодвигатель-ная и зрительная усталость сказываются на субъективности восприятия, что снижает достоверность и производительность оперативного контроля поверхностей отливок и проката
В структуре визуально-оптической дефектоскопии осветительный и информационный свето-водные каналы объединяются в единую формирующую оптическую систему: излучатель и приемник изображения, устройство отображения, источник излучения и информационный световод При этом они через дефлектор оптически связаны с многозонным фотоприемником, по сигналу которого регулируется освещенность наблюдаемой зоны в оптимальных пределах чувствительности фотометрического канала и выявляемости поверхностных нарушений сплошности [4] .
Наличие фотометрического канала со встроенным дефлектором и многозонным фотоприемником позволяет регулировать освещенность контрастной зоны поверхности в широких пределах
За счет управления освещенностью анализируемой зоны поверхности в единых пространственно-временных координатах обеспечивается максимальная проявляемость аномальных мест поверхности при оптимальной яркости информативного изображения и минимальных затратах энергии автономного источника питания . Это позволяет исключить многократные осмотры и длительную работу мобильного источника питания, повышая чувствительность, достоверность и производительность дефектоскопии
Конструктивно визуаскоп (см . рисунок) содержит источник питания 1, светодиодный источник излучения 2, световодный излучатель 3, освещающий поверхность 4, информационный световод 5, дефлектор 6, устройство отображения 7, многозонный фотоприемник 8, регулятор управления 9.
В такой структуре свет от светодиодного источника излучения 2, питаемого от источника питания 1, воспринимается входным торцом свето-
ш;ыкшошт^ I ко
-2 (75), 201а/ 11®
7 6 5 4
Конструктивная схема визуаскопа
водного излучателя 3, по которому это излучение каналируется и направленно передается на его выходной торец . Равномерно распределенным по выходному торцу световодного излучателя 3 светом освещается наблюдаемая зона поверхности 4. Отраженное ею информативное изображение воспринимается входным торцом информационного световода 5. Через устройство отображения 7 оператором рассматривается изображение наблюдаемой зоны поверхности 4 Периодически или оператором свет с выходного торца информационного световода 5 дефлектором 6 направляется на многозонный фотоприемник 8 При несоответствии нормируемой освещенности поверхности 4 регулятор 9 воздействует на источник питания 1 и светодиодный источник излучения 2, обеспечивая плавное управление световодным излучателем 3 За счет такого регулирования создается оптимальная освещенность реальной поверхности 4 с максимальной проявляемостью дефектных мест при минимальной яркости информативного изображения дефектной зоны
За счет дефлектора информационный световод и источник излучения оптически связаны с многозонным фотоприемником, по сигналу которого регулируется освещенность наблюдаемой зоны в оптимальных пределах чувствительности фотометрического канала . Управление освещенностью анализируемой зоны поверхности в единых пространственно-временных координатах обеспечивает максимальную проявляемость и выявляемость дефектных мест при оптимальной яркости информативного изображения и минимальных затратах энергии автономного источника питания
Литература
1. Б ы ч к о в, О .Д. Контроль внутренних поверхностей / О . Д . Бычков . М. : Энергия, 1975 .
2 . Визуально-оптическая дефектоскопия и размерный контроль в литейном производстве / Е . И . Марукович и др . ; под общ. ред . Е . И . Маруковича . Минск: Белорусская наука, 2007.
3 .М а р у к о в и ч, Е .И . Оптико-электронное скопирование внутренних поверхностей в литье и металлургии / Е . И . Марукович, А . П . Марков, Е . В . Ефименко и др . // Литье и металлургия . 2008 . № 2 (46) . С . 28-32.
4 . Пат. РБ № 7789 . Заявка 2011. 03 . 05 .
