4.Візуальний та візуально-оптичний контроль якості виробів, напівфабрикатів та матеріалів.

Огляд неозброєним оком – найпростіший, найдоступніший вид не-руйнівного контролю. Головна особливість - активна роль оператора. Він особливо ефективний при неруйнівному контролі великого розміру об'єкта контролю при необхідності виявлення грубих дефектів, відхилень форми, розмірів і оптичних характеристик. При організації неруйнівного контролю треба враховувати особливості ока. Найбільша чутливість і найменша втомлюваність ока на = 0,56 мкм і яскравості 10 - 100 кд/м².

Чутливість зору при заданому спектральному складі до яскравості змінюється за логарифмічним законом. Це затруднює давати правильну кількісну оцінку яскравості візуально. Але чутливість ока до відносного перепаду яскравості залишається приблизно однаковою в діапазоні її зміни до 10⁶ раз. Тому оператор може правильно оцінити яскравості однакового порядку.

Поле зору ока становить 150°  125° (із зоною чіткого зору 2°), що при мінімальному часі огляду 2-3 с. і з часом інерції 0.1 с дозволяє прорахувати продуктивність візуального контролю.Віддаль найкращого зору - 250 мм. з кутовою роздільною здатністю 1.

Елементи зображення видно різко, якщо вони лежать в зоні, яка називається глубиною різкості. Вона залежить від , від геометрії оптики, і від акомодації ока.

Мінімальні розміри деталей зображення, які розрізняються (дефекти) визначаються гостротою зору і залежать від умов контролю. Довга тривала робота знижує гостроту зору. Дуже залежить гострота зору від освітленості.

По яскравості око впевнено розрізняє до 15 градацій, а по кольору до 200 відтінків.Контроль буде надійнішим , якщо дефект і фон різного кольору.

Візуальний контроль проводять після певної технологічної підготовки. Оптичний неруйнівний контроль якості проводять шляхом порівняння з еталонами, вимірювальними засобами, чи з контрольним взірцем.

Об'єкт контролю із прозорих.матеріалів контролюють в прохідному світлі (переважно). Прохідне світло також менше стомлює очі, чим відбите.

Освітлення при візуальному неруйнівному контролі якості загальне чи комбіноване.

Важлива умова - напрям падіння світла при дефектуванні поверхні повинен бути в межах 30°60°, щобкраще виявлялись невеликі деталі ОК, непомітні при прямому (перпендикулярному до поверхні) падінні світла.

Спостереження в світлому полі ведуться тоді, якщо світло проходить через прозорий чи напівпрозорий об'єкт контролю і поглинаючі чи погано відбиваючі елементи будуть темні.

У темному полі світло не попадає в око від освітлювача і об'єкта контролю (косе освітлення), якщо об'єкт контролю має високу якість поверхні, то деталі, які розсіюють світло, будуть світліші на темному фоні.

Візуально-оптичний контроль – це неруйнівний контроль із застосуванням оптичних пристроїв, які розширюють, межі зору. Він являється технічним продовженням візуального неруйнівного контролю, який до 0.1 мм. Оптичні прилади дозволяють до 1мкм.

Око здатне розрізнити тим більше деталей предмета, чим під більшим кутом воно бачить цей предмет, тобто, чим ближче до ока він розміщений. Але найменша віддаль до предмета обмежена акомодаційною здатністю ока. Для розглядання дрібних деталей під великим кутом зору, розміщених на малій відстані, використовують лупи.

Лупа – це збірна лінза з фокусною віддаллю f , яка менша за віддаль найкращого зору l_{нз .} Для створення сприятливих умов спостереження ( ОК) розміщають у передній фокусній площині лінзи ( рис 1.27 )

Всі промені , які виходять з точки А предмета 2 і попадають на лінзу 3 , після заломлення в ній будуть іти паралельно променю , що проходить через оптичний центр лінзи . Тому віддаль між лупою і оком буде довільною . Ці паралельні промені кришталик ока 4 буде фокусувати в т. А на сітківці ока5 . Для для побудови т. А треба провести через центр кришталика пряму , паралельну до променів , що ідуть паралельним пучком із лупи3 на кришталик . Оператору здається , що зображення 1 ( АВ ) міститься перед оком на віддалі найкращого зору l_нз=250 мм .

1 -уявне зображення предмета ; 2 – предмет ; 3 – лупа ; 4 – кришталик ока ;

5 – сітківка ока ; 6 – зображення на сітківці ока .

Рисунок 1.27.– Побудова ходу променів при одержанні зображення оком за допомогою лупи .

Видимим зображенням лупи чи оптичного приладу називається відношення лінійних розмірів зображення АВ ( створеного оком на сітківці разом з лупою ) до лінійних розмірів зображення А₁В₁ ( створеного оком на сітківці без лупи , коли предмет А₁В₁ =АВ розміщений на віддалі найкращого зору ) .

Лупи, мікроскопи, телескопічні системи підсилюють можливості зору, але знижують продуктивність неруйнівного контролю. Тому організовують ступеневий контроль: візуальний, з допомгою лупи, а потім підозрілі місця через мікроскоп. Розмір дефекту можна виявити в залежності від збільшення оптичного приладу : L_min= (1.80)

Мікроскоп - багатолінзовий оптичний пристрій для спостереження за елементами, які не видно зором. Збільшення до 2000^х, а лінійне розділення до 0.5 мкм.Мікроскоп, в найпростішому випадку, є підєднанням двох луп, розміщених на певній віддалі одна від одної.Передня лупа, яка звернена до розглядуваного обєкта АВ, створює дійсне збільшене зображення АВ і має назву обєктив. Звичайно обєктив є складною багатолінзовою системою, інколи із використанням вгнутих дзеркал, так званих епіобєктивів.Друга лупа, яка звернена до ока і називається окуляром, дає змогу розглядати зображення АВ, створене обєктивом, під великим кутом зору. Для цього окуляр розміщують так, щоб зображення АВ попадало у фокус окуляру. При цьому віддаль  між заднім фокусом обєктива і переднім фокусом окуляра називається оптичним інтервалом мікроскопа. При розрахунках оптичних схем мікроскопів величину оптичного інтервалу  вибирають із ряду встановлених фіксованих значень:

90 мм; 120 мм при К_зб60^х;

=

160 мм; 190 мм при К_зб60^х.

1– предмет; 2 – об’єктив; 3 – зображення, створюване об’єктивом; 4 –окуляр; 5 – кришталик ока; 6 – сітківка ока; 7 – зображення на сітківці ока; 8 – уявне зображення, видиме оком .

Рисунок 1.28 – Оптична схема та побудова зображення за допомогою мікроскопа .

Хід променів через окуляр знаходять, провівши допоміжний промінь з т.А через оптичний центр окуляра. Тоді шукані промені будуть після окуляру паралельними до цього допоміжного променя, оскільки всі вони виходять з т.А, яка належить до фокусної площини окуляра.

Серійні мікроскопи бувають універсальні, вимірювальні, метало-графічні, спеціалізовані.

Збільшення мікроскопа визначають такими формулами

, (1.84)

, (1.85)

, (1.86)

де -оптичний інтервал , - кут , під яким видно обєкт із центра обєктива , - кут , під яким видно уявне зображення ОК в мікроскопі , f_об і f_ок -фокусні віддалі об’ктива і окуляра, К_об і К_ок – коефіцієнти збільшення відповідно об’єктива і окуляра .

Лінзові системи бувають анаплатичні, якщо для них виконана умова синусів:

n_окsin(_ok)=K_зобn_зоб_зоб (1.87)

де n_ок , n_зоб - показник заломлення середовища в просторі об'єкта контролю та в просторі зображення; _ok, - _зоб -апертурні кути в просторі об'єкта контролю та в просторі зображення.

Апланат – оптична система із двох симетрично розміщених відносно діафрагми ахроматичних лінз. Апланатна система скоректована на сферичну аберацію, хроматичну аберацію, дисторсію і, частково, на астигматизм.

В освітлювачах використовуються проекційні лампи з високою температурою нитки для одержання спектру близького до білого світла і доброго фокусування (20 - 400 Вт). Регулятори напруги або струму – різні за конструкцією – служать для одержання необхідного освітлення ОК.

1 – пучок паралельних променів від далекого предмета ; 2 – об’єктив ; 3 – дійсне зображення , створюване об’єктивом ; 4 – окуляр ; 5 – кришталик ока ; 6-сітківка ока ; 7 – дійсне зображення на сітківці ока .

Рисунок 1.29.– Зображення предмета зоровою трубою Кеплера.

Для спостереження віддалених об’єктів використовують зорові труби. Вони також складаються з об’єктива і окуляра. Об’єктив створює дійсний образ предмета , а окуляр дає змогу розглядати його під великим кутом зору. Як і в мікроскопі окуляр відіграє роль лупи. Промені 1 від далекої точки А об’єктива АВ йдуть практично паралельним пучком (рис.1.29) . Об’єктив створює проміжне зображення А’В’ у своїй задній фокальній площині. Окуляр встановлюють так , щоб передній фокус окуляра F₂ співпадав з заднім фокусом F₁’ об’єктива , тоді промені з точки А’ після заломлення окуляром підуть паралельним пучком , напрям якого буде визначатись прямою А’О₂. Кришталиком промені із точки А’ будуть зфокусовані на сітківці в точці А’’, яка знаходиться на перетині сітківки з прямою О₃А’’ (О₃А’’А’О₂ ).

Дійсний образ А’’В’’ на сітківці сприймається як уявне зображення А’’’В’’’ об’єкта на віддалі найкращого зору. Образ буде збільшеним, якщо кут  , під яким око бачить уявне зображення А’’’В’’’, буде більшим за кут , під яким видно предмет неозброєним оком. Видиме збільшення зорової труби обчислюється за формулою :

Застосування оптичних пристроїв. Оптична система налагоджена на = 0.56 мкм., тому таке монохроматичне світло дає найкращу якість зображення.

Основний режим мікроскопів - освітлення білим світлом. В цьому режимі здійснюється всі первинні огляди. Для одержання зображення, на якому чітко виділяється інформація про дефект, встановлюються світлофільтри, що підвищує контрастність, будуть різко видно дефекти, чужорідні елементи. Робота в темному полі ефективна при вивченні поверхневих дефектів чи при контролі поверхні, з особливими властивостями, але також для прозорих об'єктів контролю.

Косе освітлення чи освітлення з торця, чи із сторони яких-небудь певних ділянок об'єкта контролю доцільно проводити при розсіяному світлі. Причому при використанні освітлення великої інтенсивності і високоякісного темного поля воно дозволяє визначити наявність (але не розміри) дефектів, менших від межі роздільної здатності мікроскопа (метод ультрамікроскопії).

Поляризоване світло можна використовувати для товщинометрії, дефектоскопії, фізико-хімічних. властивостей матеріалів.

З допомогою мікроскопів і пристроїв на їх основі вирішуються задачі: 1) вимірювання розмірів форми малих предметів. 2) виявлення дефектів до долей мкм з високим розділенням їх за просторовим розміщенням. 3) контроль фізико-хімічних властивостей і стану матеріалів (напруженість) за їхніми оптичними характеристиками. 4) контроль внутрішньої будови.

Товщинометрія і контроль внутрішньої будови може успішно прово­дитись в проекційному режимі з допомогою проекторів з потужним освітленням із зображенням на матовому екрані; їх застосовування дає найбільший ефект при масовому контролі однотипної продукції (штамповка, плоскі деталі). Це підвищує продуктивність контролю, достовірність, забеспечує меншу втомлюваність.На екран наносять шаблон деталі.

На основі мікроскопів виготовляють – товщиноміри прозорих матеріалів ПТС-І, ПТС-2 і т.п. Освітлювач дає на об'єкт контролю світлу або темну риску (сформовану маскою).

Рисунок 1.30 - Схема визначення товщини прозорого ОК.

Частина світла відбивається від поверхні (промінь 2), а частина залом-люється (промінь 3). Від нижньої поверхні знову частина світла відбивається (промінь 4), і заломившись від верхньої межі, виходить в повітря (прпомінь 5).

В окулярі мікроскопа по сітці міряють зміщення  між променями 2 і 5, яке залежить від товщини d ОК і його показника заломлення n:

= (1.88)

З цієї формули можна вихначити товщину d або показника заломлення n ОК. Зміна n може вказувати на зміну фізико-хімічних властивостей об’єкта.

Для контролю геометрії мікро- і макрооб'єктів часто звичайно використовують проекційний метод порівняння, який полягає в одержанні збільшеного зображення на екрані за дальшим його порівнянням з еталоном. Використовують широко проектування для контролю інструментів, різьбових деталей, коліс зубчастих, об'єктів складної форми (лопаток турбін, деталей із легкоформованих матеріалів, в верстатах при обробці, напр. оптико-профільне шліфування. Існує два основних способи проектування: у відбитих і в про-хідних променях (епі- та діапроектори). Промислові проектори майже всі мають вмонтовані матові екрани (розміри від 100 х 100 мм до 2 м х 2 м). Яскравість екранів в середньому 40 - 150 кД/м², що дозволяє користуватись при денному світлі. Більшість сучасних проекторів має можливість вимірювати розміри об'єкта контролю або порівнюючи зображення об'єкта контролю з кресленням чи шаблоном, які виготовлені у відповідному масштабі, чи вимірюючи різними способами переміщення предметного столика (покази мікрогвинтів, фотоелектричний спосіб, індуктивний спосіб).

Часто використовують для контролю розмірів базову систему вимірювання, яка дозволяє звести вимірювання об'єкта до визначення крайових зон його зображення.

Вимірювання лінійних і кутових розмірів здійснюють найчастіше з допомогою вимірювальних мікроскопів. З допомогою мікроскопів вимірюють лінійні розміри виробів, кути, радіуси заокруглень профілів, розміри конусів, віддаль між центрами отворів і т.п. Всі вимірювальні мікроскопи мають один принцип вимірювання, відрізняються конструкцією, діапазонами вимірювання, областю застосування.