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




ТЕХНИЧЕСКИЕ ЭНДОСКОПЫ -

ПРИБОРЫ ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ

ТРУДНОДОСТУПНЫХ ОБЪЕКТОВ

Обзор

В обзоре приводятся общие характеристики оптических эндоскопов,
а также эндоскопических видеосистем.
Рассматриваются возможности технических эндоскопов как средства НК
в различных отраслях промышленности.



         Визуальный НК основных материалов, сварных соединений и изделий проводится невооруженным глазом или с применением оптических приборов: луп, микроскопов и визуально-оптических приборов для контроля удаленных или скрытых объектов - эндоскопов, перископических дефектоскопов, зеркал, зрительных труб и др.

         Цель данной статьи - ознакомить читателей с эндоскопами. Согласно ГОСТ 24521-80 "Контроль неразрушающий оптический. Термины и определения", эндоскоп - это оптический прибор, имеющий осветительную систему и предназначенный для осмотра внутренних поверхностей объекта контроля.

         Для начала необходимо внести ясность в терминологию. Из всего многообразия эндоскопов, борооскопов, фиброскопов, цистоскопов, гастроскопов и т. д. выделим термин эндоскоп как определяющий. В переводе с греческого endos - внутри и scopeo - рассматривать. Эндоскопы разделяются на гибкие и жесткие. Бороскоп (boroscope) в иностранной литературе - это либо общее название эндоскопов, либо название жестких эндоскопов. Фиброскоп, флексоскоп англоязычные названия гибких эндоскопов от fiber - волокно, flexible - гибкий. Все остальные - это названия медицинских приборов, имеющих в своем составе эндоскоп и предназначенных для конкретных целей: гастроскоп - осмотр желудка, бронхоскоп - осмотр бронхов и т. д. Поэтому применять в технике подобные названия некорректно, при том, что часто разные названия подразумевают один и тот же эндоскоп, но с разным дополниельным оборудованием.


Жесткие эндоскопы

         Предназначены для визуального контроля узлов, к которым возможен прямолинейный доступ (особенно, когда эндоскопический контроль запланирован на стадии проектирования изделия). Жесткие эндоскопы используются для осмотра газовоздушного тракта авиадвигателей, полостей машин и механизмов, пустот в стенах зданий, каналов и труб малого диаметра, полостей отливок, шлифовальных и хонингованных отверстий.

Жесткий эндоскоп

         Жесткий эндоскоп (оптическая трубка) состоит из визуальной и осветительной системы. Визуальная система состоит из линзовой, 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 параметрами: диаметром рабочей части, длиной рабочей части, углом направления наблюдения и углом поля зрения.

         Наиболее распространенные 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 градусов. Угол направления наблюдения может быть и плавно изменяемым в эндоскопах с качающейся призмой - от 30 до 110 градусов. Угол поля зрения, как правило, варьируется от 50 до 90 градусов. 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 - высокая разрешающая способность - до 25 линий на миллиметр.


Гибкие эндоскопы

         Не всегда возможен прямой доступ к объекту или сам объект имеет сложную геометрию, например, газотурбинные, электрические двигатели, турбогенераторы, котлы, теплообменники, трубы водоснабжения, канализации, промышленные коммуникации. В этом случае для визуального контроля применяются гибкие эндоскопы.

Гибкий эндоскоп

         В гибких эндоскопах визуальная система и система передачи света состоят из волоконной оптики, смонтированной внутри гибкой трубки с управляемым дистальным концом.

         Канал для передачи изображения представляет собой линзовый объектив, который строит изображение исследуемого объекта на торце кабеля передачи изображения. Далее изображение 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 диоптрийную 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 световолоконного жгута вмонтирован с специальный наконечник, подключающийся к осветителю.

         Гибкие эндоскопы имеют управляемый дистальный 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 различных производителей угол изгиба бывает от 90 до 180 градусов. К тому же эндоскопы могут комплектоваться насадками или объективами бокового наблюдения. Это важно, если есть необходимость осматривать, например, стенки труб малого диаметра, где изгиб дистального конца невозможен.

         Эндоскопы могут иметь канал для гибкого инструмента при необходимости осуществления манипуляций, 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 ведущие 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 градусов. при необходимости он может быть увеличен до 90 - 100 градусов.

         Обычно гибкие эндоскопы имеют герметичную маслобензостойкую рабочую часть с покрытием из нержавеющей стали.


Видеоэндоскопы

         Гибкие волоконно-оптические эндоскопы имеют ряд недостатков, наиболее существенные из которых - невысокая разрешающая способность и ограничение по длине, определяемые волокном передачи изображения. Модернизация или, точнее, замена в системе передачи изображения гибкого эндоскопа волоконно-оптического жгута на электронику позволила повысить разрешающую способность приборов и увеличить их длину и привела к появлению видеоэндоскопов. Изображение в них через объектив попадает на ПЗС матрицу, затем сигнал по кабелю 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 от 2 до 30 метров.

Видеоэндоскоп

Осветители

         Для качественного визуального контроля объектов необходимо иметь их хорошее освещение. В эндоскопах для этой цели служит система передачи света, работающая совместно с мощным источником, называемым осветителем.

         Осветители в зависимости от типа лампы, галогенные, металлогалоидные и ксеноновые.

         В галогенных осветителях, как правило, используют 100 или 150 - ваттные галогенные лампы. Основное их преимущество - дешевизна. Недостатки - высокое энергопотребление при относительно невысоком световом потоке, малый срок службы лампы (порядка 50 часов) и смещенный в желтую область спектр.


         металлогалоидные осветители имеют 24- ваттную лампу. Они значительно дороже галогенных, однако обладают рядом достоинств: низкое энергопотребление при световом потоке, сравнимом с 200 - ваттной галогенной лампой, длительный срок службы лампы - 600 - 800 часов; спектр приближенный к естественному белому свету. Данные осветители являются наиболее предпочтительными для применения с техническими эндоскопами.


         Ксеноновые осветители - наиболее мощные осветительные системы, но и самые дорогие. Они находят небольшое применение.



Эндоскопические видеосистемы

         Эндоскопические видеосистемы предназначены для вывода изображения на монитор и документирования результатов контроля. Они используются с жесткими и гибкими волоконно-оптическими эндоскопами.

         В общем случае видеосистема состоит из оптико-механического адаптера с видеокамерой, присоединяемого к окуляру эндоскопа, блока управления и монитора. В некоторых случаях блок управления может отсутствовать. Вместо монитора возможно использование бытового телевизора или компьютера с устройством ввода - вывода видеосигнала. Видеокамеры, в зависимости от решаемых задач, изготавливаются черно-белые или цветные. Как правило, все они имеют разрешающую способность порядка 470 ТВ линий (S-VHS).


Эндоскопическая видеосистема

Области применения эндоскопов

         Основное назначение эндоскопов - быстрое и высококачественное визуальное исследование труднодоступных полостей машин и механизмов без их разборки. Ниже приведены наиболее наглядные примеры по отраслям.

Электроэнергетика -

         для контроля состояния теплотехнического, электрического и других видов оборудования электростанций. Например, для контроля внутривальных охлаждающих каналов, обмоток электрогенераторов и трансформаторов, внутренних стенок труб.

Водоснабжение и канализация -

         для обнаружения разрывов, коррозии, засоров, трещин и инородных предметов в трубах и баках, контроля состояния проточной части насосных систем.

Металлургическая промышленность -

         для технического обслуживания средств производства, например, осмотров узлов и печей, а также для контроля качества отливок.

Химическая и нефтехимическая промышленность -

         для проведения систематических и аварийных осмотров трубопроводов, сосудов высокого давления, теплообменников, узлов пневмо-гидроавтоматики и других аппаратов

Газоперекачивающие станции -

         для контроля состояния лопаток, камер сгорания, топливной системы и других узлов газоперекачивающих агрегатов, проверки на наличие эрозии, коррозии, отложений и усталостных трещин в кранах, задвижках, трубопроводах, сепараторах и других узлах.

Железнодорожный и морской транспорт -

         для осмотра дизельных и электрических двигателей, генераторов, трансформаторов и других агрегатов и узлов.

Авиационная и космическая промышленность -

         для контроля состояния силовых элементов корпусных конструкций, стенок баков, лопаток газовых турбин и компрессоров, обечаек, распылителей, форсунок камер сгорания, а также при разработке, доводке и в производстве ракетных двигателей и пневмогидросистем.

Автомобильная промышленность, автомобильный транспорт -

         Для контроля качества изготовления и сборки двигателей, например качества очистки отливок от стержней, для контроля гидропневмосистем, качества сварки и окраски. В эксплуатации - контроль состояния клапанов, гильз цилиндров, зубьев шестерен, коррозии деталей кузова. Применительно к двигателю - качество изготовления и сборки двигателя и его элементов, состояния рабочих полостей цилиндров (фасок и седел клапанов, днища поршня и стенок цилиндров, прокладки головки и головки блока со стороны камеры сгорания), впускного и выпускного трубопроводов, зубьев шестерен и ремней приводных механизмов, деталей газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов, систем охлаждения и смазочной, жаровых труб турбокомпрессоров, передних кромок сопловых аппаратов, рабочих лопаток и дисков компрессоров и турбин.

Электронная промышленность -

         Для контроля и обеспечения качества производства и сборки электронных устройств.

Наука и образование

         Для наблюдения за животными и насекомыми, исследования корневой системы растений и т.д., для эндоскопии скрытых полостей при проведении археологических раскопок, для исследования рабочих процессов машин и механизмов.

Архитектура и строительство -

         Для проверки состояния силовых элементов перекрытий, внутренних полостей, арматуры и гидроизоляции стен, состояния трубопроводов, а также при архитектурном моделировании.

Службы обеспечения безопасности. Таможня -

         Для быстрого поиска взрывных устройств, наркотиков, оружия, контрабанды, для осмотра содержимого непрозрачной тары без ее вскрытия и для ряда других специальных целей.

Военное дело

         Для осмотра скрытых (внутренних) полостей стрелкового и ракетно-артиллерийского, инженерного и др. вооружения и техники, технического состояния агрегатов, систем и механизмов СПВ, корабельного оборудования и авиационной техники, состояния сооружений, инженерных сетей и коммуникаций. Например - осмотр внутренней поверхности стволов артиллерийских систем, состояния лопаток, направляющего аппарата и других элементов турбин и компрессоров газотурбинных двигателей бронетанковой техники и т.д.


Заключение

         Мировыми лидерами в производстве технических эндоскопов являются OLIMPUS (Япония), EVERST VIT (США), Karl Storz (Германия). Их отличает широкий ассортимент продукции, высокое качество, опыт работы с крупными промышленными компаниями, оригинальные технические решения. Например, всеракурсная измерительная система на базе видеоэндоскопов OLIMPUS со сменными бинокулярными объективами, измерительный эндоскоп Everest VIT VideoProbe XLM модели "С" с видеокадром из 440000 точек стандарта S-VHS, со встроенным в рукоятку органами управления эндоскопом и LCD монитором c TFT - матрицей и измерением линейных размеров и глубины дефектов с погрешностью 2 - 3 %.



Уровень цен на некоторые типы импортных эндоскопов








        




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