viz_kontrol_zachita

Рис. 65. Схема голографического эндоскопа

В последние годы в нашей стране и за рубежом уделяется большое внимание развитию эндоскопической техники. В значительной степе% ни темпы этого развития обусловлены тесным содружеством физиков, техников и медиков. В частности, такое содружество позволило разра% ботать и успешно внедрить в эндоскопию волоконную оптику. Преиму% ществом таких устройств является возможность проводить более каче% ственную, надежную диагностику и документировать результаты ис% следований.

Прогресс в современной оптике, связанный с появлением лазеров, развитием принципиально новых методов формирования изображений голографии, коснулся и диагностической эндоскопии.

Посмотрим, что нового сможет дать голография для эндоскопии. Дело в том, что изображение, формируемое на конце эндоскопа фото% аппаратом, является плоским, объемность отсутствует. В отличие от обычной фотографии, голография, как известно позволяет записать и воспроизвести не двумерное распределение яркости, а саму световую волну, исходящую от предмета, за счет регистрации всей амплитудно% фазовой информации. Это изображение может быть разрешено и изме% рено с большой точностью. Совершенно очевидно, насколько важно эндоскописту располагать информацией подобного рода.

Отметим только тот факт, что оценка величины патологии достаточ% но важна для онкологии и позволяет решать многие задачи диагностики, выбирать метод лечения, оценивать и прогнозировать результаты.

Высокое разрешение и точность измерения в этом случае наиболее существенны, т. к. установлено, что до критического периода опухоль в

121

своем развитии проходит 40 периодов, причем начальному периоду со% ответствует диаметр ~40 мкм. Современные эндоскопические исследо% вания позволяют зафиксировать минимальный диаметр опухоли ~150 мкм, что соответствует примерно 12 периодам ее существования (или 30 % всего времени ее развития).

Возможны два варианта построения голографических эндоско% пов – с расположением регистрирующей среды на дистальном и прок% симальном концах эндоскопа. В обоих случаях могут быть использова% ны схемы голографической регистрации во встречных пучках а также схемы с наклонным опорным пучком»

Контрольные вопросы

1.При наблюдении объектов контроля через лупу центр зрачка распо% ложен:

2.При повороте зеркала на угол падающее на него оптическое излу% чение поворачивается на угол:

3.С увеличением заднего фокусного расстояния лупы, ее увеличение:

4.Работающая способность телескопической системы определяется разрешающей способностью:

а) окуляра; б) объектива;

5.Нижний предел разрешаемости объектов, наблюдаемых в микро%

скоп, приближенно равен: а) 0,1 мкм;

122

6.Методы жидкого и газового охлаждения эндоскопов позволяют их использовать до температур:

7.Лучшие образцы современных световодов могут иметь разрешаю% щую способность до ... мм–1:

8.Глубина изображаемого пространства у эндоскопов ... глубины изо% бражаемого пространства у микроскопов:

9.Пожарная безопасность светового прибора означает практическую невозможность загорания:

10.Защита световых приборов от пыли, воды и агрессивных сред обеспе% чивается, как правило, выбором соответствующих:

11.При запылении светового прибора происходит ... его КПД: а) повышение; б) снижение;

123

12.Контраст деталей изображения ОК до ... считается малым. а) 10 %;

15.Светильник – это световой прибор, перераспределяющий свет лам% пы (ламп) внутри ... телесных углов и обеспечивающий концентра% цию светового потока с коэффициентом усиления не более ...:

а) больших..., 30; б) малых ..., 30;

124

Глава 4

ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ

Оптические приборы – устройства, в которых излучение какой% либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризует% ся). Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно назы% вают приборы, работающие в видимом свете. При первичной оценке качества прибора рассматриваются лишь основные его характеристи% ки: способность концентрировать излучение – светосила, различать соседние детали изображения – разрешающая сила; соотношение раз% меров предмета и его изображения – увеличение. Для многих приборов определяющей характеристикой оказывается поле зрения – угол, под которым из центра прибора видны крайние точки предмета.

4.1. Приборы для измерения больших линейных размеров изделий или отклонений от формы

и расположения поверхностей изделия

Бинокли. Бинокулярный телескоп, обычно именуемый биноклем, представляет собой компактный прибор для наблюдений обоими гла% зами одновременно. Его увеличение, как правило, от 6 до 10 крат. В би% ноклях используют пару оборачивающих систем (чаще всего – Порро), в каждую из которых входят две прямоугольные призмы (с основанием под 45 ), ориентированные навстречу прямоугольными гранями. Что% бы получить большое увеличение в широком поле зрения, свободном от аберраций объектива, и, следовательно, значительный угол обзора (6...90 ), биноклю необходим очень качественный окуляр, более совер% шенный, чем телескопу с узким углом зрения. В окуляре бинокля пре% дусмотрена фокусировка изображения, причем с коррекцией зрения, – его шкала размечена в диоптриях. Кроме того, в бинокле положение окуляра подстраивается под расстояние между глазами наблюдателя. Обычно бинокли маркируются в соответствии с их увеличением (в кра% тах) и диаметром объектива (в миллиметрах), например, 8)40 или 7)50.

125

Рис. 66. Монокулярный дальномер:

A – прямоугольная призма; B – пентапризмы; C – линзовые объективы; D – окуляр; E – глаз; P1 и P2 $ неподвижные призмы; P3 – подвижная призма;

I1 и I2 – изображения половин поля зрения

Дальномеры. Оптические дальномеры, с помощью которых изме% ряют расстояния до объектов, бывают монокулярные и стереоскопиче% ские. Хотя они различаются конструктивными деталями, основная часть оптической схемы у них одинакова и принцип действия один – по известной стороне (базе) и двум известным углам треугольника определяется неизвестная его сторона. Два параллельно ориентирован% ных телескопа, разнесенных на расстояние b (база), строят изображе% ния одного и того же удаленного объекта так, что он кажется наблюда% емым из них в разных направлениях (базой может служить и размер це% ли). Если с помощью какого%нибудь приемлемого оптического устрой% ства совместить поля изображений обоих телескопов так, чтобы их можно было рассматривать одновременно, окажется, что соответ% ствующие изображения предмета пространственно разнесены. Суще% ствуют дальномеры не только с полным наложением полей, но и с по% ловинным – верхняя половина пространства изображений одного те% лескопа объединяется с нижней половиной пространства изображений другого. В таких приборах с помощью подходящего оптического элемента проводится совмещение пространственно разнесенных изо% бражений и по относительному сдвигу изображений определяется из% меряемая величина. Часто в качестве сдвигающего элемента служит призма или комбинация призм. В схеме монокулярного дальномера, показанной на рис. 66, эту функцию исполняет призма P3, которая свя% зана со шкалой, проградуированной в измеряемых расстояниях до объекта. Пентапризмы B используются как отражатели света под пря% мым углом, поскольку такие призмы всегда отклоняют падающий све% товой пучок на 90 , независимо от точности их установки в горизон%

126

тальной плоскости прибора. Изображения, создаваемые двумя теле% скопами, в стереоскопическом дальномере наблюдатель видит сразу обоими глазами. База такого дальномера позволяет наблюдателю вос% принимать положение объекта объемно, на некоторой глубине в про% странстве. В каждом телескопе имеется сетка с марками, соответствую% щими значениям дальности. Наблюдатель видит шкалу расстояний, уходящую в глубь изображаемого пространства, и по ней определяет удаленность объекта.

Лазерный дальномер – прибор для измерения расстояний. Широко применяется в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в военном деле, в навигации, в астрономических исследованиях, в фо% тографии.

Лазерный дальномер это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, мож% но рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. Ла% зерный дальномер – простейший вариант лидара. К концу 1960%х годов лазерные дальномеры стали стандартным оборудованием новых танков США. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования использует% ся соотношение L = ct/2, где L – расстояние до обьекта; с – скорость распространения излучения; t – время прохождения импульса до цели и обратно.

Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.

Рис. 67. Схема работы лазерного дальномера

127

Нивелир (от фр. niveau – уровень, нивелир) – оптико%механиче% ский геодезический прибор для геометрического нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками. При% бор, устанавливаемый обычно на треножник (штатив), оборудован зри% тельной трубой, приспособленной к вращению в горизонтальной пло% скости, и чувствительным уровнем. Маркировка нивелиров состоит из буквенно%цифрового кода примерно такого вида 3Н%2КЛ. Здесь цифра 3 обозначает модификацию прибора, буква Н – Нивелир, цифра 2 – среднеквадратическая погрешность на 1 км двойного хода в милли% метрах, К – обозначает наличие компенсатора, Л – наличие горизон% тального лимба для измерения горизонтальных углов с технической точностью. Современные оптические нивелиры оснащены автомати% ческим компенсатором – устройством установки зрительной оси при% бора в горизонтальное (рабочее) положение при строительных и геоде% зических работах.

Также существуют лазерные нивелиры – электронно%механиче% ские приборы в которых используется принцип вращения лазерного луча. Основное достоинство лазерного нивелира – простота в работе, не требующая специальных навыков по настройке прибора и возмож% ность проведения работ только одним человеком.

Рис. 68. Принцип нивелира с компенсатором

Оптическая линейка ОЛ 1600 предназначена для определения от% клонений от прямолинейности рабочих поверхностей линеек типа ШП и ШМ длиной 400 мм класса точности 1 и 2, линеек типа ШП, ШД, ШМ длиной от 630 до 1600 мм всех классов точности и размеров, пове% рочных и разметочных плит всех классов точности и размеров; плоских

128

поверхностей длиной от 200 до 400 мм 3 степени точности и грубее дли% ной от 1000 до 1600 мм любой точности, а также образующих валов дли% ной от 200 до 1600 мм с 1 до 10 степени точности. Поверхности длиной свыше 1600 мм поверяются шаговым методом.

Лазерные приборы

Лазерный нивелир Лимка. Прибор выполнен по упрощенной схеме – не имеет трегера. Может устанавливаться на любую поверхность или крепиться к элементам конструкций с помощью струбцины. Комплектуется поворотной призмой, которая позволяет строить вер% тикальные плоскости.

Лазерный ротационный нивелир –

самоуравнивающийся лазерный нивелир с магнитным компенсатором. Видимый или невидимый ротационный лазерный луч, горизонтального сканирования. Автоматическое отключение лазерного луча в случае отклонения его от цели.

Комплект включает:

1) LC%2 Приемник для лазерного ни% велира с креплением, позволяющий об% наруживать лазерный луч от 635 до 780 нм (с подсветкой в ночное время);

2)лазерные очки;

3)пластиковый укладочный кейс.

Постоянное усложнение конфигурации изделий (соответственно формующих полостей оснастки), повышение требований к качеству и точности их, привело к тому, что контроль геометрических параметров различных изделий с использованием устаревших средств (универсаль% ного измерительного инструмента, контрольных приспособлений, шаблонов и т. д.) требует больших затрат при изготовлении соответ% ствующей оснастки, а зачастую и просто невозможен.

В последнее время многие предприятия для такого контроля ис% пользуют координатно измерительные машины (КИМ) и лазерные скане ры для бесконтактного съема информации с геометрии изделия.

КИМ можно разделить на два типа: стационарные и мобильные.

129

Первый тип машин чаще всего используется для высокоточного контроля небольших изделии (например, это машины компании Inter% national Metrology Systems R., Великобритания. Они имеют большое количество типоразмеров и обеспечивают высокую точность измере% ний – от 0,002 мм).

Для контроля крупногабаритных и непередвигаемых деталей и ос% настки, а также в случае необходимости оперативного контроля изде% лий в ходе технологического процесса изготовления, применяются мо% бильные КИМ типа «руки»%манипулятора.

Мобильные КИМ компании «FARO Technologies Inc.» (США) хо% рошо зарекомендовали себя в различных отраслях промышленности, как России, так и за рубежом.

КИМ FARO состоит из опорной плиты, которая крепится к любо% му подходящему месту, и нескольких, соединенных между собой шар% нирами, колен. Конструкция очень похожа на строение человеческой руки. У КИМ FARO также есть своеобразные кистевой, локтевой и плечевой суставы. В каждом шарнире есть датчик контроля угловых пе% ремещений, который в режиме реального времени следит за углом по% ворота колена, в результате чего компьютер, зная информацию о длине каждого колена и угле его поворота, просчитывает координаты откали% брованного щупа – своеобразного пальца. В зависимости от числа ко% лен имеются машины с 6%ю или 7%ю степенями свободы. Обычно при работе вполне достаточно 6%ти степеней свободы, но для ряда задач (та% ких, как например, сканирование) рекомендуется применять КИМ с 7%ю степенями, т. к. это более удобно. Рабочей зоной КИМ является сфера с диаметрами 1,2, 1,8, 2,4, 3,0, 3,7 м, причем щуп может легко по% пасть практически в любую точку внутри этой сферы. Самая точная КИМ FARO Platinum 4 имеет повторяемость ±0,006 мм, точность ±0,018 мм на рабочей зоне 1,2 м.

КИМ FARO не имеет привода и является КИМ типа манипулято% ра, поэтому все перемещения колен и фиксация точки замера произво% дятся оператором вручную. Измерение осуществляется в комплексе с персональным компьютером, а для повышения мобильности лучше ис% пользовать ноутбук.

Для измерения прибор устанавливают и закрепляют вблизи изме% ряемого объекта, подключают компьютер и с помощью программного обеспечения калибруют щуп, которым будут производиться измере% ния. После этого КИМ готов к работе (на это процедуру уходит 5...10 мин).

130