IT202000004198U1

IT202000004198U1 - Sonda boroscopica

Info

Publication number: IT202000004198U1
Application number: IT202020000004198U
Authority: IT
Inventors: Claudio Sedazzari
Original assignee: Opto Eng S P A
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2022-01-14
Also published as: US20220043252A1; CN214259268U; EP3940444A1; US11474340B2

Description

DESCRIZIONE

Forma oggetto del presente trovato una sonda boroscopica, ovvero una sonda progettata per ispezionare le pareti laterali di cavit? aventi lunghezze elevate in relazione al diametro o che siano difficilmente raggiungibili con normali sistemi ottici e di illuminazione. Mediante l?utilizzo della sonda boroscopica ? possibile inserire l?ottica direttamente nell?oggetto da esaminare.

Scopo del presente trovato ? quindi quello di proporre un dispositivo di ispezione ottica in grado di ispezionare la parete laterale di una cavit? avente una lunghezza elevata rispetto al suo diametro.

Un altro scopo del trovato ? quello di fornire una sonda borscopica avente una struttura robusta e di facile manutenzione.

Un altro scopo del trovato ? quello di fornire una sonda boroscopica in grado di effettuare una messa a fuoco dell?immagine molto precisa.

Tali scopi sono conseguiti con una sonda boroscopica secondo la rivendicazione 1.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una o pi? forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative, in cui:

- la Figura 1 ? uno schema ottico di una sonda boroscopica secondo il trovato, in una prima forma di realizzazione;

- la figura 2 ? uno schema ottico di una sonda boroscopica secondo il trovato, in una seconda forma di realizzazione; - la figura 3 ? uno schema ottico di una sonda boroscopica secondo il trovato, in una terza forma di realizzazione;

- la figura 4 ? una rappresentazione schematica del funzionamento della sonda boroscopica secondo il trovato; - la figura 5 rappresenta l?immagine prodotta dalla sonda come viene proiettata sul piano sensore; e

- la figura 5a rappresenta l?immagine prodotta dalla sonda dopo un?elaborazione digitale.

In detti disegni, con 200; 200?; 200? ? indicata, nel suo complesso, una sonda boroscopica secondo il trovato in sue possibili forme di realizzazione esemplificative.

Nel prosieguo della descrizione, elementi comuni alle varie forma di realizzazione della sonda saranno indicati con gli stessi numeri di riferimento.

In una forma generale di realizzazione, la sonda boroscopica 200; 200?; 200? comprende un corpo di sonda 100 che si sviluppa lungo un asse ottico di sonda X. Il corpo di sonda 100 supporta uno specchio primario 3, un gruppo ottico rifrattivo principale 4, uno stop 5, ed un piano sensore 6 Lo specchio primario 3 ? posizionato ad un?estremit? distale del corpo di sonda in modo da essere introdotto in una cavit?, di cui si desidera ispezionare la parete laterale 1. Lo specchio primario 3 ? adatto a raccogliere i raggi luminosi diffusi da una superficie della parete laterale 1 della cavit? sostanzialmente parallela all?asse ottico di sonda X secondo un angolo di entrata ? e a riflettere i raggi luminosi verso il gruppo ottico rifrattivo principale 4.

In altre parole, preso come riferimento un piano di zero ? ortogonale all?asse ottico di sonda X, lo specchio primario 3 ? configurato per raccogliere raggi luminosi che formano angoli positivi e angoli negativi rispetto a tale piano di zero (si veda in particolare la figura 4).

Il gruppo ottico rifrattivo principale 4 ? posto tra lo specchio primario 3 ed il piano sensore 6 ed ? adatto a ricevere i raggi riflessi dallo specchio primario 3 e a focalizzarli sul piano sensore 6.

In una forma di realizzazione, lo specchio primario 3 ha una forma convessa, ad esempio sferica, con convessit? rivolta verso il gruppo ottico rifrattivo principale 4.

In una forma di realizzazione, il gruppo ottico rifrattivo principale 4 comprende almeno due lenti 4a, 4b.

In una forma di realizzazione, lo stop 5 ? posizionato tra le lenti 4a, 4b del gruppo ottico rifrattivo principale 4. Con il termine ?stop? si intende, in modo convenzionale, il foro che svolge la funzione di limitazione dell?intensit? della luce trasmessa al piano sensore 6.

In una variante di realizzazione, lo stop 5 ? posizionato davanti o dietro il gruppo ottico rifrattivo principale 4. In una forma di realizzazione, la sonda boroscopica comprende una finestra protettiva 2 realizzata in materiale trasparente, ad esempio vetro, posta a protezione almeno dello specchio primario 3. La finestra protettiva 2 pu? proteggere dalla polvere le componenti interne della sonda. In una forma di realizzazione, il corpo di sonda 100 supporta inoltre una sorgente di illuminazione 7, ad esempio una sorgente a LED, adatta ad illuminare la parete della cavit? da ispezionare. Non ci sono restrizioni sul range di lunghezze d?onda che possono essere utilizzate. La posizione e il tipo di illuminazione dipendono dall?utilizzo. L?illuminazione pu?, ad esempio, essere diretta o diffusiva. In una forma di realizzazione, l?angolo di entrata (?) ha un?ampiezza compresa tra 40? e 80?. Un range tipico per l?angolo di entrata ? intorno ai 70?, ma pu? essere variato in caso di diverse esigenze di design. Ad esempio, l?angolo di entrata pu? essere scelto modificando la forma dello specchio primario 3 e/o del gruppo ottico rifrattivo principale 4.

Per quanto riguarda il piano sensore 6, la sua ampiezza dipende dalla camera utilizzata per raccogliere le immagini. Possono essere accomodati sensori di varie dimensioni cambiando ad esempio la focale del gruppo ottico rifrattivo principale 4.

In una forma di realizzazione illustrata nella figura 2, la sonda boroscopica 200? comprende un gruppo ottico rifrattivo secondario 10, chiamato anche gruppo ottico di relay, posto tra il gruppo ottico rifrattivo principale 4 e il piano sensore 6b. Tale gruppo ottico secondario 10 ? configurato per raccogliere l?immagine formata dal gruppo ottico rifrattivo principale 4 e focalizzarla sul piano sensore 6b. Il gruppo ottico secondario 10 pu? essere impiegato, in caso di necessit?, quando si desidera allungare la testa di misura della sonda. Nella figura 2 si pu? osservare infatti che l?immagine che il gruppo ottico secondario 10 raccoglie dal gruppo ottico primario 4 viene portata su un piano sensore 6b traslato posteriormente (ed eventualmente anche trasversalmente) rispetto al piano sensore 6 associato al solo gruppo ottico principale 4.

In una forma di realizzazione, il gruppo ottico rifrattivo secondario 10 ha un ingrandimento unitario e non modifica quindi la dimensione dell?immagine. Tuttavia, ? possibile anche disegnare gruppi relay con ingrandimento diverso da 1. Verranno ora descritte possibili modalit? di messa a fuoco della sonda. La procedura di messa a fuoco va eseguita per ottenere i migliori risultati a seconda della cavit? da ispezionare. Con l?espressione ?messa a fuoco? si intende quella procedura che permette di ottenere la massima definizione possibile dell?immagine proiettata sul piano sensore 6; 6b. Il punto di miglior fuoco ? strettamente dipendente dal diametro della cavit? e dagli angoli di entrata dei raggi luminosi. A seconda della configurazione ottica e/o meccanica, le seguenti procedure di messa a fuoco possono essere implementate nella sonda.

Messa a fuoco manuale. In questo caso la messa a fuoco viene eseguita andando a modificare la distanza del piano sensore 6 rispetto all?intero sistema. La sonda boroscopica ? quindi provvista di mezzi di regolazione della posizione del piano sensore 6. Ad esempio, possono essere previsti spaziatori che vengono inseriti o rimossi nella meccanica di montaggio del piano sensore 6.

Messa a fuoco meccanica. In questo caso la distanza tra il piano sensore e l?intero sistema ottico viene eseguita tramite un meccanismo in grado di variare la posizione del gruppo ottico rifrattivo principale 4 rispetto allo specchio primario 3 e al piano sensore 6. In questa forma di realizzazione la sonda ? quindi provvista di mezzi di regolazione della posizione del gruppo ottico rifrattivo principale 4.

Messa a fuoco tramite lente adattiva. In una forma di realizzazione illustrata nella figura 3, la sonda boroscopica 200? comprende una lente adattiva 8, 9 posta tra il gruppo ottico rifrattivo principale 4 ed il piano sensore 6 o davanti al gruppo ottico rifrattivo principale 4. La lente adattiva 8, 9 ? controllabile elettricamente per regolare la messa a fuoco della sonda. In particolare, viene inserita una lente 8 che ? capace di modificare la forma di una delle sue superfici 9 tramite l?applicazione di una corrente elettrica. Questo meccanismo pu? essere controllato via software per eseguire una messa a fuoco tramite algoritmi di visione artificiale. La migliore posizione dell?elemento adattivo pu? dipendere dalle caratteristiche del gruppo ottico rifrattivo principale 4. A seconda del design e delle specifiche desiderate, la lente adattiva pu? essere inserita davanti al gruppo ottico rifrattivo principale 4, tra le lenti 4a e 4b del gruppo ottico rifrattivo principale 4, dietro il gruppo ottico rifrattivo principale 4.

La sonda ? configurata per essere facilmente riparata in caso di danneggiamenti. Ad esempio, in una forma di realizzazione, lo specchio primario 3 e la finestra di protezione 2 possono costituire un corpo unico che pu? essere sostituito facilmente nel caso di urto.

Il corpo sonda 100 pu? inoltre essere provvisto di un?interfaccia di collegamento a bracci robotici.

La figura 4 ? una rappresentazione schematica del funzionamento della sonda boroscopica 200; 200?; 200?. Nell?esempio rappresentato, la sonda ha un diametro di 21 mm e pu? ispezionare cavit? con diametri interni che vanno da 25 mm a 100 mm. In questo esempio, con un?altezza di 9 mm dello specchio primario 3 e con un angolo di entrata ? di 60? si pu? ispezionare una parete laterale di estensione massima pari a 53 mm.

Nella figura 4 sono inoltre indicate con 12 particolari zone dell?immagine in cui vi pu? essere riflessione diretta tra la sorgente luminosa 7 e il punto di osservazione. La presenza di questa riflessione permette di avere un maggior trasferimento di potenza luminosa e quindi di eseguire particolari tipologie di ispezione superficiale per la ricerca di irregolarit? tridimensionali sulla superficie osservata (e.g. graffi, inclusioni, bolle).

La figura 5 ? un esempio di immagine della parete laterale 1 di una cavit?, come viene ricevuta dal piano sensore 6; 6b. Con riferimento anche alla figura 4, la linea esterna continua L1 indica il fondo della cavit? (-22,5?), la linea tratteggiata L2 mostra la vista superiore (+37,5?), la linea tratto-punto L3 si riferisce alla vista laterale, ovvero al piano di zero ?.

Come si pu? notare dalla figura 5, l?area laterale 1 della cavit? da ispezionare viene proiettata come una corona circolare sul piano sensore 6; 6b. Grazie ad algoritmi di elaborazione digitale ? possibile eseguire la procedura di ?unwrapping? e ripristinare le proporzioni reali dell?oggetto per poterlo analizzare correttamente (figura 5a).

Pertanto, in una forma di realizzazione la sonda boroscopica comprende mezzi hardware e software di elaborazione digitale operativamente collegati al piano sensore 6; 6b e configurati per trasformare l?immagine a corona circolare acquisita dal piano sensore in un?immagine a sviluppo lineare (figura 5a).

Il trovato cos? concepito raggiunge pertanto gli scopi prefissi.

Ovviamente, esso potr? assumere, nella sua realizzazione pratica anche forme e configurazioni diverse da quella sopra illustrata senza che, per questo, si esca dal presente ambito di protezione.

Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti e le dimensioni, le forme ed i materiali impiegati potranno essere qualsiasi a seconda delle necessit?.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Sonda boroscopica per ispezionare una parete laterale di una cavit?, comprendente un corpo di sonda (100) che si sviluppa lungo un asse ottico di sonda (X) e, supportati dal corpo di sonda (100), uno specchio primario (3), un gruppo ottico rifrattivo principale (4), uno stop (5), ed un piano sensore (6; 6b), in cui:

- lo specchio primario (3) ? posizionato ad un?estremit? distale del corpo di sonda in modo da essere introdotto nella cavit?, lo specchio primario (3) essendo adatto a raccogliere i raggi luminosi diffusi da una superficie della parete laterale della cavit? sostanzialmente parallela all?asse ottico di sonda (X) secondo un angolo di entrata (?) e a riflettere detti raggi luminosi verso il gruppo ottico rifrattivo (4);

- il gruppo ottico rifrattivo principale (4) ? posto tra lo specchio primario (3) ed il piano sensore (6; 6b) ed ? adatto a ricevere i raggi riflessi dallo specchio primario (3) e a focalizzarli sul piano sensore (6; 6b).

2. Sonda boroscopica secondo la rivendicazione 1, in cui lo specchio primario (3) ha una forma convessa, ad esempio sferica, con convessit? rivolta verso il gruppo ottico rifrattivo principale (4).

3. Sonda boroscopica secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il gruppo ottico rifrattivo principale comprende almeno due lenti (4a, 4b).

4. Sonda boroscopica secondo la rivendicazione precedente, in cui lo stop (5) ? posizionato tra le lenti del gruppo ottico rifrattivo principale (4).

5. Sonda boroscopica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo stop (5) ? posizionato davanti o dietro il gruppo ottico rifrattivo principale (4).

6. Sonda boroscopica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una finestra protettiva realizzata in materiale trasparente, ad esempio vetro, posta a protezione almeno dello specchio primario (3).

7. Sonda boroscopica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una sorgente di illuminazione (7) supportata dal corpo di sonda (100) e adatta ad illuminare la parete della cavit? da ispezionare.

8. Sonda boroscopica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?angolo di entrata (?) ha un?ampiezza compresa tra 40? e 80?.

9. Sonda boroscopica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un gruppo ottico rifrattivo secondario (10) posto tra il gruppo ottico rifrattivo principale (4) e il piano sensore (6b) e configurato per raccogliere l?immagine formata dal gruppo ottico rifrattivo principale (4) e focalizzarla sul piano sensore (6b).

10. Sonda boroscopica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una lente adattiva (8, 9) posta tra il gruppo ottico rifrattivo principale (4) ed il piano sensore (6) o davanti al gruppo ottico rifrattivo principale e controllabile elettricamente per regolare la messa a fuoco della sonda.

11. Sonda boroscopica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi hardware e software di elaborazione digitale operativamente collegati al piano sensore (6; 6b) e configurati per trasformare l?immagine a corona circolare acquisita dal piano sensore in un?immagine a sviluppo lineare.