2.ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

2.1.Общие вопросы оптического неразрушающего контроля

Оптический неразрушающий контроль основан на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом и регистрации результатов этого взаимодействия. В оптическом контроле используются электромагнитные волны от ультрафиолетового (УФ) до инфракрасного (ИК) диапазонов, но в основном применяют излучение видимого диапазона (ВИ) с длиной волны 0,2–0,5 мкм.

Оптические методы контроля условно можно разделить на три группы [3, 7]:

1.Визуальный и визуально-оптический методы отличаются простотой и доступностью и поэтому имеют наибольшее распространение. Вместе с тем результаты контроля в этом случае в наибольшей степени определяются личными качествами оператора: его зрением, умением, опытом.

2.Фотометрический, спектральный, телевизионный в основном строятся на результатах аппаратурных измерений и обеспечивают меньшую субъективность контроля.

3.Интерференционный, дифракционный, поляризационный, голографический, рефрактометрический используют волновые свойства света и позволяют производить неразрушающий контроль объектов с чувствительностью до десятых долей длин волн источника излучения.

С помощью оптических методов можно выявлять внутренние дефекты в прозрачных и полупрозрачных телах. Если же материал объекта непрозрачен, у такого объекта можно проверить состояние внешних и внутренних поверхностей или размеров. В зависимости от свойств материалов контролируемого объекта оптический контроль осуществляется в отраженном, прошедшем или рассеянном излучении. Параметры источников света (интенсивность, спектр, направление, поляризация и т.д.) выбирают исходя из конкретных условий, чтобы обеспечить максимальный контраст изображения [8].

Контрастом изображения дефекта (КД) называют перепад яркости на дефектном участке и окружающем дефект фоне

где ВФ , ВД – яркость изображения дефекта и фона, кд/м².

18

2.2. Источники света и первичные преобразователи оптического излучения

Для получения световых потоков используют электрические лампы накаливания, газоразрядные и люминисцентные лампы, светодиоды и оптические квантовые генераторы. Наибольшее распространение в оптическом контроле имеют лампы накаливании в специальном исполнении.

Лампы накаливания испускают свет за счет нагрева электрическим током проводника в виде спирали из тугоплавкого материала, которая смонтирована в колбе – вакуумированной или заполненной инертным газом (криптон, ксенон). Спектр излучения ламп накаливания непрерывен. Наибольшей световой отдачей среди ламп накаливания обладают галогенные лампы (внутри колбы в газовой смеси присутствуют пары галогенов – обычно иода или брома).

Лампы накаливания отличаются разнообразием конструкций, электрическими параметрами и мощностью, спектральным составом, удобством использования. Недостатком ламп накаливания является сравнительно небольшой срок службы, ограничиваемый испарением металла нити накаливания, и малый КПД.

Газоразрядные лампы используют световой эффект, появляющийся при возникновении электрического разряда в газах. Эти лампы имеют высокую световую отдачу и большой срок службы. В люминисцентных лампах ультрафиолетовое излучение паров ртути преобразуется люминофором, нанесенным на внутреннюю поверхность колбы,

визлучение видимого света, близкое к естественному дневному свету. Спектр излучения газоразрядных ламп близок к линейчатому.

Светоизлучающие диоды являются малогабаритными полупроводниковыми источниками видимого или инфракрасного света, обычно близкого к монохроматическому. Они построены на основе полупроводниковых материалов, легированных малыми количествами примесей, специально подбираемых для получения света необходимой длины волны. При подключении к источнику питания (1 – 5 В) электроны и дырки, двигаясь навстречу друг другу, будут рекомбинировать в зоне p–n перехода, испуская при этом фотоны. Они создают световые потоки небольшой величины, поэтому используются только

внекоторых малогабаритных устройствах.

Оптические квантовые генераторы (лазеры) представляют собой источники света, работающие на основе процесса вынужденного испускания фотонов возбужденными атомами или молекулами под воз-

19

действием фотонов внешнего излучения. Уникальными свойствами квантовых генераторов являются: высокая когерентность излучения, высокая монохроматичность, узкая направленность пучка излучения, огромная концентрация потока мощности (до 10 Вт/м²) и способность фокусироваться в очень малые объемы (порядка λ³).

Лазер состоит из трех принципиально важных узлов: излучателя, системы накачки и источника питания. В оптическом контроле лазеры могут применяться как источники узкого монохроматического пучка света при решении контрольно-измерительных задач, в которых требуется повышенная точность, но главные области их применения, где они незаменимы, связаны с использованием волновых свойств света – интерференция, дифракция и т.д.

При создании автоматизированных устройств неразрушающего оптического контроля качества промышленной продукции широко используются различные преобразователи оптического излучения в электрический сигнал: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, вакуумные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители, матрицы на основе полупроводников.

2.3. Визуальный и визуально-оптический контроль качества

Визуальный контроль (осмотр невооруженным глазом) – простейший и общедоступный вид неразрушающего контроля, обеспечивающий высокую производительность и удовлетворительное качество контроля.

Глаз человека исторически являлся основным контрольным прибором в дефектоскопии. Глазом контролируют исходные материалы, полуфабрикаты, готовую продукцию, обнаруживают отклонения формы и размеров, изъяны поверхности и другие дефекты в процессе производства и эксплуатации: остаточную деформацию, пористость поверхности, крупные трещины, подрезы, риски, надиры, следы наклёпа, раковины и т.д.

Однако возможности глаза ограничены, например при осмотре быстро перемещающихся объектов или удалённых объектов, находящихся в условиях малой освещённости. Даже при осмотре предметов, находящихся в покое на расстоянии наилучшего зрения в условиях нормальной освещённости, человек может испытывать трудности изза ограниченной разрешающей способности и контрастной чувствительности зрения.

20

Для расширения возможностей глаза используют оптические приборы. Они увеличивают угловой размер объекта, при этом острота зрения и разрешающая способность глаза увеличиваются примерно во столько же раз, во сколько увеличивает оптический прибор. Это позволяет увидеть мелкие дефекты, невидимые невооружённым взглядом, или их детали. Однако при этом существенно сокращается поле зрения и глубина резкости, поэтому обычно используются оптические приборы кратностью не более 20–30.

Оптические приборы эндоскопы позволяют осматривать детали и поверхности элементов конструкции, скрытые близлежащими деталями и недоступные прямому наблюдению.

Визуальный контроль с использованием оптических приборов называют визуально-оптическим.

Визуально-оптический контроль и визуальный осмотр – наиболее доступный и простой метод обнаружения поверхностных дефектов деталей.

Основные преимущества этого метода – простота контроля, несложное оборудование, сравнительно малая трудоёмкость.

Главной особенностью способа является активная роль оператора в его проведении и получении достоверных результатов. Он особенно эффективен при контроле объектов сравнительно большого размера при необходимости выявления грубых дефектов и отклонений формы, размеров и оптических характеристик. Поэтому необходимо учитывать особенности зрения человека.

Наибольшая чувствительность глаза и наименьшая утомляемость соответствует длине волны 0,56 мкм (желто-зеленый цвет) и яркости 10–100 кд/м², поэтому этой спектральной составляющей следует отдавать предпочтение при контроле. Минимальные размеры различимых деталей изображения контролируемых объектов определяются остротой зрения оператора и условиями контроля. Острота зрения снижается при длительной работе глаз, а также с уменьшением яркости освещения контролируемого объекта. По яркости глаз уверенно различает 10 – 15 градаций, а по цвету – до 200 оттенков. Поэтому визуальный контроль более надежен, если дефект и фон имеют разный цвет. Ориентировочно полагают, что при визуальном контроле оператор с нормальным зрением при оптимальном освещении на расстоянии наилучшего зрения уверенно обнаруживает дефекты с минимальным размером 0,1 мм в плоскости, перпендикулярной линии наблюдения.

21