/ 57 2 (75), 2014 УДК 681 .7 .068: 620 .179 Поступила 05.03.2014 е. и. МАРуКович, е. М. ПАТуК, институт технологии металлов НАН Беларуси, 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 визуализа- цией 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 произ- водства и металлургии широкое применение нахо- дят способы и средства визуальной дефектоскопии поверхностных отливок изделий и форм . Для фор- мирования первичных отображений изменяющей- ся поверхности используются различные излуче- ния, посредством воздействия которых контроли- руемые участки генерируют первичную информа- цию, 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 наблю- дателя, чем другие виды визуализации дефектных мест поверхности . Некоторая ограниченность оптических способов обусловлена приповерхност- ным взаимодействием воздействующего излуче- ния оптического диапазона и элемента поверхно- сти [1] . Способы и технологии эндоскопии, интроско- пии, бороскопии как разновидности технологиче- ского контроля в основном предназначены для ви- зуального наблюдения за изменчивостью поверх- ностей с представлением их информативных изо- бражений непосредственно наблюдателю . По существу все они объединяются в современную область дефектоскопии – визуаскопию [2] . Для технологического контроля объектов литья и металлургии более рациональными являются опти- ческие способы визуаскопии, когда наблюдатель получает первичное отображение в оптической форме . При появлении и наличии физических при- знаков аномальных отклонений, как потенциально зарождающихся дефектов, формируется информа- тивное изображение, в котором заложена первич- ная информация о количественных и качественных параметрах поверхностных отклонений [2] . Перспективны способы и технологии визуаль- но-оптической дефектоскопии на основе световод- ных каналов дистанцирования оптических излуче- ний и изображений . При этом для дистанцирова- ния оптических излучений используется энергети- ческий световод для ориентированного освещения участка поверхности . Его изображение последова- тельно дистанцируется по информационному све- товоду для непосредственного восприятия через окуляр наблюдателем [1] . Недостатки таких способов обусловлены осо- бенностями учета характера реального взаимодей- ствия воздействующего излучения автономного излучателя от источника питания (стационарного или переносного) с отражающим элементом по- верхности . Несогласованная ориентация излучате- ля и приемника, энергетическая несогласованность излучения с отражающими свойствами реального элемента поверхности обусловливают сложности адаптации наблюдателя к непрерывно поступаю- щим информативным излучениям . Значительный объем информации необходимо воспринимать и постоянно сравнивать с фотошаблонами (по кар- там) или по памяти с изображениями элементов поверхности с нормированными свойствами . Способы визуально-оптической эндоскопии со ступенчатым регулированием напряжения источ- ника питания и управлением пространственным положением дистального конца (приемника) огра- ничивают мобильность и оперативность . В таких 58 / 2 (75), 2014 способах поиск поврежденных мест поверхности, управление пространственным положением дис- тального конца и двухступенчатое регулирование напряжения осуществляются оператором [2] . Наряду с этим субъективное воздействие опе- ратора при управлении и регулировании в таких способах снижает достоверность и производитель- ность визуальной дефектоскопии, так как не учи- тываются фактическое состояние поверхности и характер освещенности наблюдаемого участка (элемента, узла) ее . При сильной или слабой не- равномерной засветке участка снижаются прояв- ляемость и воспринимаемость потенциально по- врежденных мест и не исключается пропуск де- фектных зон поверхности . В существующих способах скопирования, вклю- чающих воздействие на исследуемую зону поверх- ности оптическим излучением, восприятие и фор- мирование оптического изображения освещенного участка поверхности осуществляются оператором . Для трансформации воспринятого изображения используется световодный канал [3] . Их недостат- ком является ограниченная проявляемость повреж- денных мест поверхности и недостоверная вос- приимчивость оптических изображений из-за не- согласованности энергетического воздействия из- лучения (излучателя) с фактическим состоянием рассматриваемой зоны поверхности (участка, эле- мента, узла и т . д .) . Большое энергопотребление при неуправляемой освещенности ограничивает мобильность и при- менимость такого способа и снижает достовер- ность, производительность и технико-эконо миче- скую эффективность способа визуаскопии (эндо-, интро-, бороскопии и др .) . В адаптивной визуально-оптической дефекто- скопии, включающей воздействие на дефектируе- мый участок поверхности оптическим излучением и прием отраженного излучения с трансформацией воспринятого оптического изображения наблюда- телю, используется управляемое оптическое излу- чение одновременно и согласованно воздействую- щее на поверхность по фактической освещенности и реальной отражательной способности . Спект- рально-энергетическое регулирование воздейству- ющего излучения осуществляется путем сравне- ния освещенности информативного изображения с нормированной освещенностью для данных условий . При их несоответствии проводится плав- ная регулировка воздействующего излучения, соз- дающего оптимальную освещенность реальной поверхности с максимальной проявляемостью де- фектных мест при минимальной яркости информа- тивного изображения скопируемой зоны . Все это реализуется в реальных пространственно-времен- ных координатах визуаскопируемой поверхности [3] . Адаптивно управляемая дефектоскопия реали- зуется путем управления спектрально-энергети- ческими параметрами воздействующего излучения при воздействии на скопируемую зону поверхно- сти по ее фактической освещенности и реальной отражательной способности . При пространственно- ориентированном и согласованном взаимодействии воздействующего спектрально-энергетического из- лучения и реальной поверхности и скопируемого изображения минимизируются потери энергии и ин формации . В адаптивно управляемой визуаскопии одно- временно воздействуют на скопируемую поверх- ность и принимают отраженное излучение и по от- ражательной способности поверхности управляют освещенностью рассматриваемой зоны через регу- лируемое воздействующее излучение . Прием опе- ратором ориентирован на информативное излуче- ние по спектрально-энергетическим параметрам с реальным информативным излучением отражаю- щей поверхности . За счет прямой и обратной опти- ческой связи управляемое спектрально-энерге ти- ческое воздействие на поверхностную зону осуще- ствляется через воздействующее излучение, про- странственно ориентированное на скопируемую зону поверхности . Скопирование поверхностей в визуально-опти- ческой 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 отли- чием визуаскопов является операционная связь светотехнического, информационного и электро- механического устройств . Если в эндоскопах основ- ным 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 поверхно- сти (объема), выделения и восприятия информа- тивного изображения, трансформации этого изо- бражения для зрительного восприятия . В такой конструкции источник питания, излучатель, систе- ма локализации и формирования информативного изображения, каналы светотехнический и инфор- мационный, устройство отображения и оператор работают одновременно [2] . Однако для таких визуаскопов характерна энер- гетическая и операционная несогласованность / 59 2 (75), 2014 в действиях и параметрах каналов и оператора . В течение всего процесса дефектоскопии все доро- гостоящие 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 субъ- ективности восприятия, что снижает достовер- ность и производительность оперативного контро- ля поверхностей отливок и проката . В структуре визуально-оптической дефекто- скопии осветительный и информационный свето- водные каналы объединяются в единую формиру- ющую оптическую систему: излучатель и прием- ник изображения, устройство отображения, источ- ник излучения и информационный световод . При этом они через дефлектор оптически связаны с многозонным фотоприемником, по сигналу кото- рого регулируется освещенность наблюдаемой зоны в оптимальных пределах чувствительности фотометрического канала и выявляемости поверх- ностных нарушений сплошности [4] . Наличие фотометрического канала со встроен- ным дефлектором и многозонным фотоприемни- ком позволяет регулировать освещенность кон- трастной зоны поверхности в широких пределах . За счет управления освещенностью анализиру- емой зоны поверхности в единых пространственно- временных координатах обеспечивается макси- мальная проявляемость аномальных мест поверх- ности при оптимальной яркости информативного изображения и минимальных затратах энергии ав- тономного источника питания . Это позволяет ис- ключить многократные осмотры и длительную ра- боту мобильного источника питания, повышая чувствительность, достоверность и производи- тельность дефектоскопии . Конструктивно визуаскоп (см . рисунок) содер- жит источник питания 1, светодиодный источник излучения 2, световодный излучатель 3, освещаю- щий поверхность 4, информационный световод 5, дефлектор 6, устройство отображения 7, многозон- ный фотоприемник 8, регулятор управления 9 . В такой структуре свет от светодиодного ис- точника излучения 2, питаемого от источника пи- тания 1, воспринимается входным торцом свето- водного излучателя 3, по которому это излучение каналируется и направленно передается на его вы- ходной торец . Равномерно распределенным по вы- ходному торцу световодного излучателя 3 светом освещается наблюдаемая зона поверхности 4 . От- раженное ею информативное изображение воспри- нимается входным торцом информационного све- товода 5 . Через устройство отображения 7 опера- тором рассматривается изображение наблюдаемой зоны поверхности 4 . Периодически или операто- ром свет с выходного торца информационного све- товода 5 дефлектором 6 направляется на многозон- ный фотоприемник 8 . При несоответствии норми- руемой освещенности поверхности 4 регулятор 9 воздействует на источник питания 1 и светодиод- ный источник излучения 2, обеспечивая плавное управление световодным излучателем 3 . За счет такого регулирования создается оптимальная осве- щенность реальной поверхности 4 с максимальной проявляемостью дефектных мест при минималь- ной яркости информативного изображения дефект- ной зоны . За счет дефлектора информационный световод и источник излучения оптически связаны с много- зонным фотоприемником, по сигналу которого регулируется освещенность наблюдаемой зоны в оптимальных пределах чувствительности фото- метрического канала . Управление освещенностью анализируемой зоны поверхности в единых про- странственно-временных координатах обеспечива- ет максимальную проявляемость и выявляемость дефектных мест при оптимальной яркости инфор- мативного изображения и минимальных затратах энергии автономного источника питания . Конструктивная схема визуаскопа 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 . Мару- кович, 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 .