ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
Технические эндоскопы, неразрушающий контроль, оптические приборы
Гибкие эндоскопы, жесткие эндоскопы, видеоэндоскопы для промышленности
Вернуться в - > список публикаций по применению технических эндоскопов

П У Б Л И К А Ц И И


УДК 621.43.(075)

О.К. Безюков1, С.В. Супруненко1, А.В. Некрасов2, Россия

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ЭНДОСКОПЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций,
2Научно-техническая фирма "Оптические системы контроля",


Russian endoscopes for survey of internal cavities of ship diesel engines


    Обеспечение безопасной эксплуатации как морально устаревших, так и современных высокофорсированных дизелей, возможно только при своевременном техническом обслуживании и ремонте. Их периодичность и объем зависят от того, какая из двух систем принята судовладельцем: система планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта (система ППТОР) или система технического обслуживания и ремонта по состоянию (система ТОРС).
    В последнее десятилетие все большее распространение на флоте находит система ТОРС, требующая меньших затрат средств и времени, так как базируется на минимальном объеме разборок дизелей, что, кроме всего прочего, не сопровождается последующей приработкой, а следовательно повышенным износом вновь собранных трибосопряжений.
    Очевидно, что для обеспечения безопасной эксплуатации дизелей уменьшение объема их разборок при техническом обслуживании и ремонте должно быть компенсировано повышением информативности применяемых в эксплуатации средств диагностирования.
    Наиболее предпочтительными в практике технического диагностирования являются визуальные средства контроля, с помощью которых человек получает около 70 % информации. К ним, в первую очередь, следует отнести методы экспресс-диагностирования с использованием средств эндоскопии [1].
    Эндоскопия - метод технического диагностирования, применяемый во время эксплуатации, при техническом обслуживании и ремонте дизелей по их состоянию без или при минимальном объеме разборки.
    Задачами технической эндоскопии являются:
· определение технического состояния деталей, узлов и дизеля в целом;
· прогнозирование технического состояния дизеля (оценка вероятности и времени возникновения отказов или неисправностей на основании обнаруженных изменений в состоянии деталей и узлов);
· планирование вида и объема регулировок и технического обслуживания;
· определение объёма и вида работ по восстановлению технического состояния дизеля и установление наиболее эффективных способов устранения неисправностей.
    Эндоскоп - это оптический прибор, предназначенный для исследования состояния поверхностей внутренних полостей судовых дизелей и систем. Он позволяет обнаружить трещины, износы, задиры, разрывы, коррозионно-эрозионные разрушения деталей и узлов, отложения, инородные предметы и т.д. [2].
    Этот прибор имеет двухканальную оптическую систему. Первый канал - осветительный - передает свет от вспомогательного блока - осветителя в исследуемый объем, полость и т.д. Второй канал - информационный (смотровой), который строит изображение исследуемой поверхности на сетчатке глаза оператора или на электронном приемнике изображения, которым может быть цифровая фото или видео камера, телевизионный приемник или монитор компьютера.
    Основными характеристиками технических эндоскопов являются: диаметр рабочей части; длина рабочей части; угол направления наблюдения, который может плавно изменяться в эндоскопах с качающейся призмой; угол поля зрения; разрешающая способность; длина изгибающейся дистальной части.
    Технические эндоскопы делят на несколько групп (жесткие, гибкие, полужесткие и видеоэндоскопы).
    Жесткие эндоскопы (рис. 1) предназначены для визуального контроля узлов, к которым возможен прямолинейный доступ. Преимуществом жестких эндоскопов является высокая разрешающая способность (до 25 линий на 1 мм).
    В зависимости от того, какая оптическая среда использована в информационном канале эндоскопа и в его конструкции рабочей части, в эндоскопе может использоваться линзовая, градиентная и стержневая оптика.
    Вся оптическая среда рабочей части эндоскопа заключена во внутреннею металлическую трубку из нержавеющей стали.
    Линзовые системы позволяют получить наивысшее разрешение, светосилу и позволяют наиболее широко комбинировать оптические параметры (увеличение, поле зрения, направление наблюдения, и т. д.) для решения конкретных задач диагностирования.
    Информационный канал жестких эндоскопов на основе градиентной оптики состоит из градиентных объектива и оборачивающих систем, линзового окуляра. Эндоскопы этой группы имеют более низкие, чем у линзовых эндоскопов, разрешающую способность, контраст изображения. Возможности комбинирования оптических параметров ограничены.

Жесткий эндоскоп
Рис. 1. Устройство жесткого эндоскопа.

    Осветительный канал жесткого эндоскопа состоит из оптического волокна, которое расположено между двумя металлическими трубками: наружной и внутренней.
    Жесткие эндоскопы производства научно-технического центра "Оптические системы контроля" характеризуются четырьмя основными параметрами:
· Диаметр рабочей части: наиболее распространённые диаметры рабочей части 1.7, 2, 2.7, 4, 6, 8 и 10 мм.
· Длина рабочей части: длина жестких эндоскопов обычно находится в пределах от 100 до 1000 мм и изменяется с шагом 200 - 200 мм.
· Угол направления наблюдения: основные углы направления наблюдения 0, 20, 45, 75, 90 и 110 градусов. Угол направления наблюдения может быть и плавно изменяемым в эндоскопах с качающейся призмой - от 20 до 110 градусов.
· Угол поля зрения: угол поля зрения, как правило, варьируется от 50 до 90 градусов. При этом необходимо учитывать, что увеличение поля зрения приводит к уменьшению детализации, то есть можно видеть много и мелко или мало и крупно.
    Гибкие эндоскопы (рис. 2) производства научно-технического центра "Оптические системы контроля" используются для визуального контроля

Гибкий эндоскоп
Рис. 2. Устройство гибкого эндоскопа.

состояния поверхностей узлов и деталей, к которым невозможен прямолинейный доступ.
    Приборы этой группы являются гибкими, подвижными, с управляемым дистальным концом, хорошо передают свет и изображение, могут выполняться герметичными (рабочая часть эндоскопа защищена маслобензостойкой резиной и специальным покрытием из нержавеющей стали - гибкой металлической трубкой - флекстроном).
    Дистальная часть (рис. 3), содержит объектив, расположенный на максимальном удалении от окуляра и изгибающийся в одной или двух плоскостях.

Дистальная - изгибаемая часть эндоскопа Дистальная - изгибаемая часть эндоскопа
Рис. 3. Фрагменты дистальной части эндоскопа;
Слева - с объективом прямого и бокового наблюдения;
Справа - плоскости изгиба дистальной части.

    Смотровой канал гибкого эндоскопа на основе волоконно-оптического жгута состоит из: линзового (реже градиентного) объектива, регулярного волоконно-оптического жгута состоит из: линзового (реже градиентного) объектива, регулярного волоконно-оптического жгута представляющего собой пучок моноволоконных световодов диаметром 5 - 15 мкм с полированными торцами и линзового окуляра, имеющего диоптрийную раздвижку для подстройки под уровень зрения контролёра-эндоскописта.
    Канал для передачи света представляет собой светорассеивающею линзу, вклеенную в головку прибора, волоконно-оптический жгут с нерегулярно уложенными волокнами, толщина которых 25 мкм. Кончик световолоконного жгута вмонтирован в специальный наконечник, подключаемый к осветителю.
    Управляемый дистальный конец изгибается в одной или двух плоскостях. Это определяется диаметром рабочей части или конструктивными требованиями, предъявляемыми к эндоскопу.
    Обычно в эндоскопах с диаметром рабочей части, менее 6 мм, изгиб осуществляется в одной плоскости, а в более крупных в двух плоскостях. Угол изгиба лежит в пределах от 900 до 1800.
    К тому же эндоскопы производства научно-технического центра "Оптические системы контроля" могут комплектоваться насадками или объективами бокового наблюдения.
    При выборе гибкого эндоскопа руководствуются двумя основными параметрами:
· диаметром;
· длиной рабочей части.
    Полужесткие эндоскопы - приборы, рабочая часть которых находится внутри флекстрона. Они также могут иметь управляемый дистальный конец, изгибающийся в одной или двух плоскостях.
    Видеоэндоскопы (рис. 4), предназначены для исследования удалённых зон до 10 м.

Устройство видеоэндоскопа
Рис. 4. Устройство видеоэндоскопа.

    Отличительной особенностью этой группы приборов является высокое качество изображения, которое достигается благодаря использованию ПЗС - матрицы и разнообразных оптических адаптеров.
    У видеоэндоскопах в системе передачи изображения вместо волоконно-оптического жгута использована электроника. Это позволило повысить разрешающую способность приборов и увеличить их длину.
    Эндоскоп является основным, но не единственным прибором необходимым для проведения эндоскопических исследований.
    Для качественного визуального контроля объектов необходимо хорошее освещение диагностируемой поверхности. Для этой цели используется мощный источник света - осветитель рисунок 5.

Осветитель для эндоскопа
Рис. 5. Осветитель.

    Осветители бывают галогеновые, металло-галлоидные и ксеноновые.
    Для повышения контраста изображения и для ряда специальных задач в осветителях могут применяться лампы со специальными спектральными характеристиками или светофильтры для выделения необходимого спектрального диапазона.
    В галогеновых осветителях используются лампы мощностью 100 - 150 Вт.
    Их недостатками являются высокое энергопотребление при относительно низком световом потоке, малый срок службы лампы - порядка 50 часов и смещенный в желтую область спектр.
    Металло-галлоидные осветители имеют лампу мощностью 24 Вт. Они значительно дороже галогеновых, однако обладают рядом достоинств и характеризуются:
· низким энергопотреблением при световом потоке сравнимом с 200 Вт галогеновой лампой;
· длительным сроком службы лампы (до 600 - 800 часов);
· спектральным излучением, приближенным к естественному белому свету.
    Ксеноновые осветители применяются в мощных осветительных системах. Они находят применение, если работы ведутся на больших расстояниях до исследуемого объекта или необходимо обеспечить освещение большого поля зрения при низкой отражающей способности исследуемой поверхности.
    Свет от любого типа осветителя передается к эндоскопу по гибкому световодному кабелю (рис. 6).

Световодный кабель от осветителя к эндоскопу
Рис.6. Световодный кабель.

    При диагностировании того или иного узла или системы дизеля необходим выбор оптимального типа эндоскопа и дополнительного оборудования.
    В 1987 году руководством Минморфлота утвержден РД 31.20.50-87 "Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство".
    Внедрение РД 31.20.50-87 на определенном этапе позволяло расширить масштабы и упорядочить применение средств диагностирования и неразрушающего контроля на судах в процессе их технического обслуживания и ремонта, а также способствовало уменьшению трудоемкости и предотвращению отказов, сокращало время на проведение ремонтных работ и в целом снижало затраты на эксплуатацию судов.
    Данное РД предусматривает использование для оптического контроля в составе береговых и судовых комплектов неразрушающего контроля технические эндоскопы Харьковского завода точного приборостроения (прекратившего в 90-е годы свое существование) и японской фирмы Олимпас.
    К сожалению, изменения последних лет и прежде всего, экономия судовладельцев на закупке необходимого диагностического оборудования и выполнение технического обслуживания и ремонта судового оборудования без предварительного инструментального контроля, не способствует обеспечению требованиям необходимого уровня безопасности мореплавания.
    Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций совместно с Научно-техническим центром "Оптические системы контроля" выполнил исследование по обязательному использованию средств визуального контроля труднодоступных и скрытых рабочих полостей судовых агрегатов и механизмов с использованием отечественных, а не импортных эндоскопов.
    Оптимизированы параметры выпускаемых приборов, улучшены их технические характеристики, а также разработаны новые судовые техноэндоскопы.
    В результате этой работы подготовлена технологическая инструкция "Эндоскопия судовых ДВС", которая апробирована на судах морского, внутреннего и смешенного плавания.
    По нашей оценке, визуальный контроль с использованием технических эндоскопов существенно сократит затраты судоходных компаний и контролирующих органов при одновременном повышении качества технического обслуживания и ремонта судов, теплоэнергетического и другого оборудования.

Литература


1. Технические средства диагностирования: Справочник/Под общ. ред. В.В. Клюева. М., Машиностроение, 1989.




(C) Оптические системы контроля, 2003 - 2008.
РАЗДЕЛЫ САЙТА