Способ видеоскопирования поверхности и видеоскоп адаптивный

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ВИДЕОСКОПИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ВИДЕОСКОП АДАПТИВНЫЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марукович Евгений ИгнатьевичМарков Алексей ПетровичСергеев Сергей СергеевичИванов Александр ВладимировичКоннов Владимир ВладимировичПотапкин Вадим Вадимович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ видеоскопирования поверхности, включающий воздействие на исследуемую поверхность оптическим излучением и ее видеоскопирование с оптической передачей на устройство отображения, отличающийся тем, что используют оптическое излучение монохроматических источников, каналированное и перемешанное в коллекторах световодов,ориентированно и одновременно освещают и фотометрируют участок исследуемой поверхности, а оптическую информацию о контрастной зоне, соответствующую наличию потенциальных дефектов поверхности, воспринимают торцами световодов, посредством которых передают излучения по оптической связи на фотоприемники, связанные с блоком 14336 1 2011.04.30 оптико-электронной обработки, в котором осуществляют спектрально-энергетическую идентификацию дефекта и в реальных пространственно-временных координатах формируют сигнал на видеоскопирование и отображение дефектного участка. 2. Видеоскоп адаптивный, содержащий последовательно установленные в оптических каналах источник излучения, объективы, световоды, фотоприемники с блоком обработки информации, видеокамеру, отличающийся тем, что источник излучения выполнен в виде монохроматических источников с разными длинами волн, световоды объединены в коллекторы осветительный и фотометрирования, причем входные торцы световодов осветительного коллектора разделены на оптические жгуты и оптически связаны с монохроматическими источниками, а выходные торцы ориентированно направлены на участок исследуемой поверхности с созданием сосредоточенного спектрально окрашенного излучения входные торцы коллектора фотометрирования оптически связаны с участком исследуемой поверхности, а разделенные на оптические жгуты выходные торцы - с фотоприемниками, выполненными с заданными спектрально-энергетическими характеристиками и связанными через блок оптико-электронной обработки с системой управления видеокамерой. Изобретение относится к методам и средствам технологического контроля в литье и металлургии и может быть использовано в других отраслях со схожими задачами контроля внутренних полостей. Известны способы и средства визуально-оптического скопирования на основе световодных каналов передачи оптических излучений и изображений. Визуальное восприятие изображений технологических отклонений (потенциальных дефектов) контролируемой поверхности предполагает ориентированное освещение и последовательное скопирование отдельных участков, зон или объемов непосредственно оператором 1. В реальных условиях способы световодной визуализации изображений ограничены разрешающей способностью световодов, их потерями и субъективными возможностями наблюдателя. Недостатками указанных способов являются ограниченная восприимчивость, чувствительность и энергозависимость, которые снижают достоверность и производительность эндоскопирования. Всякое скопирование внутренних поверхностей связано с выполнением операционнопоисковых и информационно-физических действий. Определяющим отличием способов скопирования является операционная связь светотехнического, информационного и электромеханического устройств. Если в эндоскопах основным отличительным элементом является световод, то в электронно-оптических средствах визуализации изображений - ПЗСкамера (прибор с зарядовой связью) 2, С. 118-119 3, С. 30-31. В известном способе видеоскопии структура информационно-физических преобразований строится на пространственно-временном объединении типовых операций воздействие излучателем на осматриваемую поверхность, прием оптического изображения, локализация и каналирование изображения элементарной зоны, передача по каналу и отображение для визуального восприятия. Все эти операции связаны в единой цепи согласованных информационно-физических преобразований, то есть освещают, формируют, передают и отображают. И в такой имеющейся пространственно-временной взаимосвязи все функциональные элементы единой системы скопирования работают одновременно источник питания, излучатель, формирующая оптическая система, каналы светотехнический и информационный, устройства отображения и обработки. То есть в течение всего процесса дефектоскопии системно объединенные дорогостоящие функциональные устройства находятся в действии независимо от того, есть неоднородность (потенциальный дефект) или ее нет, включая и оператора 1, 2. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ скопирования, включающий воздействие на исследуемую поверхность оптическим излучением и ее скопирование с оптической передачей на устройство отображения 3,С.30-31. 2 14336 1 2011.04.30 Недостатком данного способа являются ограниченная восприимчивость, чувствительность и энергозависимость, что снижает технико-экономическую эффективность, достоверность и производительность таких способов видео- и эндоскопирования. С учетом большого многообразия видов дефектов (нарушений сплошности) и их типоразмеров выявление источников информации по интенсивности (абсолютный способ) отраженного неоднородным (дефектным) участком излучения требует продолжительного восприятия изображения непрерывно освещенного участка (зоны) поверхности и его рассмотрения через объектив, что также снижает достоверность и производительность визуальнооптической дефектоскопии. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому видеоскопу адаптивному является устройство, включающее последовательно установленные в оптических каналах источник излучения, объективы, световоды, фотоприемник с блоком обработки информации и видеоприемник 3, С. 31, рис. 3 б, в. Недостатком данного устройства (видеокроулера) является большое энергопотребление при ограниченных восприимчивости и чувствительности, что снижает достоверность и производительность видеоскопирования путем панорамного обзора с пространственно разделенными излучателями и видеоприемником 3, С. 31, рис. 3 б, в. Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение,является повышение чувствительности (восприимчивости), достоверности и производительности при улучшении технико-энергетической эффективности визуально-оптического скопирования внутренней поверхности. Задача достигается тем, что в способе видеоскопирования поверхности, включающем воздействие на исследуемую поверхность оптическим излучением и ее видеоскопирование с оптической передачей на устройство отображения, при этом используют оптическое излучение монохроматических источников, каналированное и перемешанное в коллекторах световодов, ориентированно и одновременно освещают и фотометрируют участок исследуемой поверхности, а оптическую информацию о контрастной зоне, соответствующую наличию потенциальных дефектов поверхности, воспринимают торцами световодов, посредством которых передают излучения по оптической связи на фотоприемники, связанные с блоком оптико-электронной обработки, в котором осуществляют спектрально-энергетическую идентификацию дефекта и в реальных пространственно-временных координатах формируют сигнал на видеоскопирование и отображение дефектного участка. Задача достигается тем, что в видеоскопе адаптивном, содержащем последовательно установленные в оптических каналах источник излучения, объективы, световоды, фотоприемники с блоком обработки информации, видеокамеру, при этом источник излучения выполнен в виде монохроматических источников с разными длинами волн, световоды объединены в коллекторы осветительный и фотометрирования, причем входные торцы световодов осветительного коллектора разделены на оптические жгуты и оптически связаны с монохроматическими источниками, а выходные торцы ориентированно направлены на участок исследуемой поверхности с созданием сосредоточенного спектрально окрашенного излучения входные торцы коллектора фотометрирования оптически связаны с участком исследуемой поверхности, а разделенные на оптические жгуты выходные торцы - с фотоприемниками, выполненными с заданными спектрально-энергетическими характеристиками и связанными через блок оптико-электронной обработки с системой управления видеокамерой. Осуществление видеоскопирования и локализация изображения осматриваемого участка поверхности одновременно со спектрально-энергетическим взаимодействием ее с излучениями монохроматических источников и фотометрированием в реальных пространственно-временных координатах позволяют повысить чувствительность, достоверность и производительность визуально-оптического скопирования внутренней поверхности при улучшении технико-энергетической эффективности. 3 14336 1 2011.04.30 На фигуре представлена конструктивная схема видеоскопа адаптивного, реализующая способ видеоскопирования поверхности. Поверхность 1 через отражатель 2 с отражающей гранью 3 оптически связана с торцами световодов 4 и 5, образующими излучатель, объективом 6 и видеокамерой 7. Коллектор световодов осветительный 8 и коллектор фотометрирования 9 сгруппированы по оптическим линиям связи моноволокон в пространственно разделенные жгуты световодов 10 и 11 и ориентированные через микрообъективы 12 с одной стороны на источники монохроматических излучений 13 и с другой - на фотоприемники 14, электрически связанные с блоком электронной обработки 15 и системой 16 управления видеокамерой, оптическое изображение которой передается по видеокабелю 17 на монитор 18. Видеоскоп адаптивный, реализующий способ видеоскопирования поверхности, работает следующим образом. Поверхность 1 через отражатель 2 освещается элементарными световыми потоками, отраженными от грани 3 и излучаемыми торцами световодов 4 и 5,уложенными рядом с корпусом объектива 6 и видеокамеры 7. Элементарные световые потоки по оптической связи моноволокон каналированы и разделены световодами, объединенными в коллектор световодов осветительный 8 и коллектор фотометрирования 9, в которых случайно перемешанными моноволокнами создаются спектрально окрашенные излучения, передаваемые через жгуты световодов 11, сформированные микрообъективами 12 излучения монохроматических источников 13, а отраженное поверхностью излучение по коллектору 9 направленно по жгутам световодов 10 передается на фотоприемники 14 с подобранными спектрально-энергетическими характеристиками и связанными через блок оптико-электронной обработки 15 с системой управления 16 видеокамерой 7. При наличии поверхностных отклонений спектрально окрашенным освещением формируется контрастная зона в наблюдаемом участке поверхности, оптическое излучение которой через отражатель 2 воспринимается входными торцами 4 и 5 моноволокон и по коллектору световодов 9, разделяясь жгутами 10, передается на фотоприемники 14, спектрально-энергетические характеристики которых различаются по интенсивности, чувствительности и спектру, что используется блоком оптико-электронной обработки 15 для формирования сигнала в систему управления 16 видеокамерой 7, которая включается и передает изображение контрастной зоны с последующей идентификацией дефекта, его отображения на мониторе 18 и документирования в реальных пространственновременных координатах, что обеспечивает более рациональный режим работы видеоскопа, повышает технико-экономическую эффективность дефектоскопии, мобильность видеоскопа за счет увеличенного ресурса работы при улучшенной эргономике,достоверности и производительности. Источники информации 1. Марукович Е.И. и др. Визуально-оптическая дефектоскопия и размерный контроль в литейном производстве / Под общ. ред. Е.И. Маруковича. - Минск Белорус. Наука,2007. - С. 82-86, 92-97. 2. Марукович Е.И., Марков А.П., Коннов А.В. и др. Техника и технологии визуального контроля внутренних поверхностей отливок и форм // Литье и металлургия. - 2007. -3(43). - С. 11-119. 3. Марукович Е.И., Марков А.П., Ефименко Д.В. и др. Оптико-электронное скопирование внутренних поверхностей в литье и металлургии // Литье и металлургия. - 2008.2 (46). - С. 30-31 - прототип. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4