RU2263880C1

RU2263880C1 - Device for control of inner surfaces of articles

Info

Publication number: RU2263880C1
Application number: RU2004105540/28A
Authority: RU
Inventors: А.А. Кеткович (RU); А.А. Кеткович; В.Я. Маклашевский (RU); В.Я. Маклашевский
Original assignee: Войсковая часть 75360; Кеткович Андрей Анатольевич; Маклашевский Виктор Яковлевич
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-11-10
Also published as: RU2004105540A

Abstract

FIELD: measuring engineering.

SUBSTANCE: device comprises housing that receives electric lamp, toroidal lens, conical mirror of ring vision, lens, and scaling grid arranged in series. The device is additionally provided with aperture with ring and central round recesses positioned in front of the lamp, ring and round color filters mounted in front of the recesses, and second mirror cone positioned behind the aperture. The top of the cone points to the lamp. The semi-transparent mirror, color filter, measuring grid, and first TV camera are arranged along the longitudinal axis of the housing behind the lens. The second color filter, second measuring grid, and second TV camera are arranged in series along the perpendicular to the axis of the housing behind the lens.

EFFECT: expanded functional capabilities.

3 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю, более конкретно - к устройствам для визуального и/или телевизионного контроля внутренней поверхности тел, например трубопроводов различного типа, сварных труб, корпусов авиадвигателей, дымоходов и т.п.The invention relates to non-destructive testing, and more particularly, to devices for visual and / or television control of the internal surface of bodies, for example, pipelines of various types, welded pipes, aircraft engine housings, chimneys, etc.

Известно устройство для контроля внутренней поверхности тел, включающий цилиндрический корпус и последовательно установленные внутри него вдоль его продольной оси осветительную систему с электрической лампой и тороидальной линзой систему наблюдения с зеркалом кольцевого обзора, объектив, масштабную сетку и окуляр, причем зеркало системы наблюдения выполнено с конической отражательной поверхностью, вершина конуса которой направлена в сторона объектива.A device for controlling the internal surface of bodies, including a cylindrical body and sequentially installed inside it along its longitudinal axis, a lighting system with an electric lamp and a toroidal lens, a surveillance system with an annular mirror, a lens, a large-scale grid and an eyepiece, the mirror of the observation system is made with a conical reflective a surface whose apex of the cone is directed toward the lens side.

Недостатком устройства является невозможность визуального контроля поверхности изделия в зоне, расположенной вне ярко освещенной кольцевой полоски на его внутренней поверхности, формируемый от источника света торической линзой и имеющей высокий контраст, создающий практически бинарное изображение в плоскости наблюдения.The disadvantage of this device is the inability to visually control the surface of the product in an area located outside a brightly lit annular strip on its inner surface, formed from a light source with a toric lens and having high contrast, creating an almost binary image in the observation plane.

Применение световода для передачи изображения ограничивает глубину просмотра, снижает комфортность наблюдения, не позволяет проводить цифровую обработку изображения на компьютере.The use of a fiber for image transmission limits the viewing depth, reduces the comfort of observation, and does not allow digital image processing on a computer.

Таким образом, существует техническая задача расширения зоны контроля при визуальной дефектоскопии внутренней поверхности изделий при одновременном контроле его внутреннего профиля и обеспечение возможности получения соответствующих телевизионных изображений при их компьютерной обработке.Thus, there is the technical task of expanding the control zone during visual inspection of the inner surface of products while monitoring its internal profile and providing the possibility of obtaining the corresponding television images during their computer processing.

Нами предлагается решение данной технической задачи, основанное на введении в устройство дополнительно диафрагмы с кольцевым и круглым центральным вырезом, установленной перед лампой и на которой размещены светофильтры соответственно кольцевой и круглой формы, второй зеркальный конус, расположенный за диафрагмой на продольной оси корпуса, причем вершина конуса обращена к лампе, где максимальный D_max и минимальный D_min диаметры кольцевого выреза диафрагмы определяются соответственно формулами D_max=2·S_Д·tgα_max, D_min=2·S_Д·tgα_min, где

, D₂ - внешний диаметр тороидальной линзы, S_л - расстояние от лампы до тороидальной линзы, S_D - расстояние от лампы до диафрагмы, α_min=arctg(D₁/2·S_л), D₁ - внутренний диаметр тороидальной линзы.We propose a solution to this technical problem, based on the introduction of an additional aperture into the device with an annular and circular central cutout mounted in front of the lamp and on which light filters are arranged in a circular and round shape, a second mirror cone located behind the diaphragm on the longitudinal axis of the housing, with the top of the cone facing the lamp, where the maximum D _max and minimum D _{min the} diameters of the annular aperture of the diaphragm are determined respectively by the formulas D _max = 2 · S _D · tgα _max , D _min = 2 · S _D · tgα _min , where

, D ₂ is the outer diameter of the toroidal lens, S _l is the distance from the lamp to the toroidal lens, S _D is the distance from the lamp to the diaphragm, α _min = arctg (D _1/2 · S _l ), D ₁ is the inner diameter of the toroidal lens.

Диаметр центрального выреза диафрагмы D_ц, максимальный диаметр второго зеркального конуса D_к и расстояние от лампы до второго конуса S_к связаны соотношением D_к=D_ц·(S_к/S_л).The diameter of the central cutout of the diaphragm D _n, the maximum diameter of the second conical mirror _to D and the distance from the lamp to the second cone connected _to S ratio D _to = D _i · (S _a / S _L).

За объективом его оптической оси, совпадающей с продольной осью корпуса, расположены последовательно полупрозрачные зеркало, первый светофильтр, первая измерительная сетка и первая телекамера, а на оси, перпендикулярной оси объектива и проходящей через точку пресечения полупрозрачного зеркала с осью объектива последовательно расположены второй светофильтр, вторая измерительная сетка и вторая телекамера, идентичная первой, причем расстояния от точки пересечения оси объектива с полупрозрачным зеркалом первой и второй телекамер вдоль соответствующих осей равны, первый светофильтр имеет спектральную характеристику, идентичную кольцевому светофильтру диафрагмы, второй светофильтр имеет спектральную характеристику, идентичную центральному светофильтру диафрагмы, причем спектральные характеристики светофильтров не перекрываются в спектральном диапазоне чувствительности обеих телекамер, телекамеры связаны с видеомониторами и/или компьютерными системами визуализации, причем изображение кольцевой полоски, формируемой тороидальной линзой на поверхности объекта в спектральном диапазоне пропускания первого фильтра и отображающее ее профиль, наблюдается только на системе визуализации, связанной с первой телекамерой, а изображение кольцевой зоны поверхности объекта и расположенных на ней различных дефектов, формируемых второй телекамерой в спетральном диапазоне второго светофильтра, наблюдаются только на системе визуализации, связанной со второй телекамерой, при этом в силу симметрии оптических элементов системы наблюдения, расположенных за объективом, и идентичности оптических характеристик первой и второй телекамер формируемые ими разноспектральные изображения равномасштабны, а цены делений первой и второй измерительных сеток равны друг другу.Behind the lens of its optical axis, which coincides with the longitudinal axis of the body, there are sequentially translucent mirrors, the first filter, the first measuring grid and the first camera, and on the axis perpendicular to the axis of the lens and passing through the suppression point of the translucent mirror with the lens axis, the second filter is sequentially located, the second a measuring grid and a second camera identical to the first, and the distances from the point of intersection of the axis of the lens with a translucent mirror of the first and second cameras along the corresponding axes are equal, the first filter has a spectral characteristic identical to the ring aperture filter, the second filter has a spectral characteristic identical to the central aperture filter, and the spectral characteristics of the filters do not overlap in the spectral sensitivity range of both cameras, cameras are connected to video cameras or video monitors and moreover, the image of the annular strip formed by a toroidal lens on the surface of the object in the spectral transmission range of the first filter and its profile, is observed only on the visualization system associated with the first camera, and the image of the annular zone of the surface of the object and the various defects located on it, formed by the second camera in the spectral range of the second filter, are observed only on the visualization system associated with with a second camera, while due to the symmetry of the optical elements of the surveillance system located behind the lens and the identity of the optical characteristics the first and second cameras the multispectral images formed by them are uniformly scaled, and the division prices of the first and second measuring grids are equal to each other.

Схема устройства представлена на фиг.1.The device diagram is presented in figure 1.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1 и последовательно установленные в нем электрическую лампу 2, тороидальную линзу 3, диафрагму 1 с вырезами кольцевой и круглой формы, расположенные на ней кольцевой фильтра 5 и круглый фильтр 6 с различными спектральными характеристиками, не перекрывающимися в спектральном диапазоне чувствительности телекамер, зеркальный конус 7, вершина которого обращена к лампе, зеркальный конус 8 в систему наблюдения с вершиной, обращенной к объективу 9, светоделительное зеркало 10, первый светофильтр 11 и первая измерительная сетка 12, расположенные перед телекамерой 13, второй светофильтр 14, вторая измерительная сетка 15, вторая телекамера 16, системы визуализации видеосигналов 17 и 18, формируемых соответственно первой и второй телекамерами.The device comprises a hollow cylindrical body 1 and an electric lamp 2, a toroidal lens 3, a diaphragm 1 with cutouts of a circular and round shape, an annular filter 5 and a round filter 6 with various spectral characteristics that do not overlap in the spectral sensitivity range of television cameras, mounted on it in series , a mirror cone 7, the apex of which is facing the lamp, a mirror cone 8 in the surveillance system with a vertex facing the lens 9, a beam splitting mirror 10, a first light filter 11, and the first measuring grid 12, located in front of the camera 13, the second filter 14, the second measuring grid 15, the second camera 16, visualization systems of the video signals 17 and 18, formed respectively by the first and second cameras.

Системы визуализации и обработки изображения могут содержать компьютер (на фиг.1 не показан в силу общеизвестности) и т.п. устройства.Visualization and image processing systems may comprise a computer (not shown in FIG. 1 due to common knowledge), etc. devices.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Тороидальная линза 3 формирует на поверхности объекта узкую световую полоску кольцевой формы в спектральном диапазоне, определяемом спектром пропускания установленного на диафрагме кольцевого фильтра, например, красного цвета в случае применения для изготовления фильтра стекла марки КС-19.The toroidal lens 3 forms a narrow ring-shaped light strip on the surface of the object in the spectral range determined by the transmission spectrum of the ring filter mounted on the diaphragm, for example, red in the case of using KS-19 glass for the manufacture of a filter.

Часть светового потока лампы 2, прошедшая через фильтр 6, установленный перед центральным вырезом диафрагмы с помощью второго зеркального конуса 7, имеющего угол при вершине 90° и установленного на расстоянии S_к от лампы 2, равном расстоянию S_л от нее до плоскости изображения тороидальной линзы 3, освещает внутреннюю поверхность объекта в кольцевой зоне, симметрично расположенной относительно изображения кольцевой световой плоски, формируемой тороидальной линзой 3.The part of the light flux of the lamp 2 passing through the filter 6, installed in front of the central cutout of the diaphragm using the second mirror cone 7, which has an angle at the apex of 90 ° and installed at a distance S _to from the lamp 2, is equal to the distance S _l from it to the image plane of the toroidal lens 3 illuminates the inner surface of the object in an annular zone symmetrically located relative to the image of the annular light plane formed by the toroidal lens 3.

Ширина этой зоны на поверхности объекта, приблизительно равная осевой длине конуса l_к=V₂·(D_к/2), выбирается с учетом глубины резкости объектива 9 системы наблюдения. При этом спектр излучения, прошедшего через центральный фильтр 6, не перекрывается со спектром излучения, проходящего через кольцевой фильтр 5.The width of this zone on the surface of the object, approximately equal to the axial length of the cone l _to = V ₂ · (D _to / 2), is selected taking into account the depth of field of the lens 9 of the observation system. Moreover, the spectrum of radiation passing through the central filter 6 does not overlap with the spectrum of radiation passing through the ring filter 5.

Объектив 9 с помощью конического зеркала 8 кольцевого наблюдения, полупрозрачного зеркала 10, фильтров 14 формирует на входе первой телекамеры изображение кольцевой световой полоски, формируемого тороидальной линзой 3. При этом в соответствии и с известным принципом светового сечения контур изображения этой полоски полностью повторяет профиль внутренней поверхности объекта в плоскости, совпадающей с фокальной плоскостью тороидальной линзы, перпендикулярной продольной оси корпуса.The lens 9 with the help of a conical mirror 8 of circular observation, a translucent mirror 10, filters 14 forms at the input of the first camera an image of an annular light strip formed by a toroidal lens 3. Moreover, in accordance with the well-known principle of light section, the image outline of this strip completely repeats the profile of the inner surface object in the plane coinciding with the focal plane of the toroidal lens perpendicular to the longitudinal axis of the housing.

Углы между нормалью к поверхности объекта и оптическими осями тороидальной линзой 3 и объектива 9 (с учетом отражения от конуса 8, имеющего угол при вершине 45°) приняты равными 45° для уменьшения искажений изображения профиля объекта в контролируемом сечении, т.к. спектр пропускания фильтра 14 идентичен спектру пропускания фильтра 5 и не перекрывается со спектром пропускания фильтров 6 и 11 (см. фиг.2), на экране системы визуализации 18 телекамеры 16 наблюдается только изображение светового сечения объекта (фиг.3,а).The angles between the normal to the surface of the object and the optical axes of the toroidal lens 3 and lens 9 (taking into account the reflection from the cone 8 having an angle at the apex of 45 °) are taken equal to 45 ° to reduce the distortion of the image of the profile of the object in a controlled section, because the transmission spectrum of filter 14 is identical to the transmission spectrum of filter 5 and does not overlap with the transmission spectrum of filters 6 and 11 (see FIG. 2), on the screen of the visualization system 18 of camera 16, only the image of the light section of the object is observed (FIG. 3, a).

Одновременно с помощью объектива 9 зеркального конуса 8 фильтра 11 и телекамеры 13 на экране системы визуализации 17 формируется изображение объекта в кольцевой зоне, прилегающей к плоскости светового сечения (фиг.3,б). Таким образом, оператор одновременно может контролировать изображения светового сечения объекта и качество поверхности в прилегающей к ней кольцевой зоне.At the same time using the lens 9 of the mirror cone 8 of the filter 11 and the camera 13 on the screen of the visualization system 17, an image of the object is formed in the annular zone adjacent to the plane of the light section (Fig. 3, b). Thus, the operator can simultaneously control the images of the light section of the object and the quality of the surface in the adjacent annular zone.

Измерительные сетки 12 и 15 служат для оценки размеров дефектов и искажения профиля изделия.Measuring grids 12 and 15 are used to assess the size of defects and distortion of the product profile.

Claims

A device for controlling the internal surface of bodies, comprising a hollow cylindrical body, in which a lighting system comprising an electric lamp and a toroidal lens and an observation system of a conical mirror of the circular view, a lens and a large-scale grid is sequentially installed inside it along its longitudinal axis, characterized in that it further contains a diaphragm located in front of the lamp on the longitudinal axis of the housing with an annular and central circular cutouts, in front of which light filters are installed, respectively annular and circular shape, spectral characteristics of which do not overlap, the second mirrored cone located behind the diaphragm on the longitudinal axis of the housing, the apex of the cone facing the lamp, the maximum D _max and a minimum D _min diameters annular cutout aperture placed in front of the lamp are defined, respectively, by the formulas D _max = 2 · S _D · tgα _max , where S _D is the distance from the diaphragm to the lamp,

,

where D ₂ is the outer diameter of the toroidal lens, S ₁ is the distance from the lamp to this lens, D _min = 2 · S _D · tgα _min ,

Where

D ₁ is the inner diameter of the toroidal lens, and the diameter D _c is the central cutout in the diaphragm installed in front of the lamp, and the maximum diameter of the second mirror cone of the lighting system D _{k is} related to the distance to this cone from the lamp S _{to the} ratio

,

a translucent mirror, a light filter, a measuring grid and the first television camera are located behind the lens on the longitudinal axis of the housing; behind the lens, on the axis perpendicular to the longitudinal axis of the housing and passing through the point of intersection of the translucent mirror with the longitudinal axis of the housing, a second filter, a second measuring grid and a second television camera, and the distance from the point of intersection of the translucent mirror with the longitudinal axis of the housing to the first and second television cameras along of the existing axes are equal to each other, the first filter located behind the lens in front of the first camera has a spectral transmission characteristic identical to the ring filter located on the diaphragm installed in front of the lamp, and the second filter located behind the lens in front of the second camera has a spectral transmission characteristic identical to the ring filter located on the diaphragm installed in front of the lamp, and the second light filter located behind the lens in front of the second camera has a spectral transmittance characteristic identical to a circular filter located in front of the central circular cut-out of the diaphragm mounted in front of the incandescent lamp, while the image of the annular strip displaying the surface profile is observed only on the first monitor, which visualizes the video signal from the first camera, and the image of the annular zone of the surface of the object and its defects are observed only on the second monitor, visualizing the video signal from the second camera, while the scale of the image ring oh strip profile mapping object on the first monitor and a central portion of a surface image of the object on the second monitor, and also the division value of the first and second metering grids are equal to each other.