ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ КОРУНДОВЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ПОДПЯТНИКОВ В СОСТАВЕ МАЯТНИКОВ ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ
ELECTROOPTICAL DEVICE FOR CONTROLLING POSITION OF OPTICAL AXIS OF CORUNDUM BALL SOCKETS IN PENDULUMS OF GAS CENTRIFUGES

4
-1
Изобретение относится к приборам неразрушающего контроля положения оптической оси корундовых подпятников типа ПКС (подпятник корундовый сферический) в составе маятников ГЦ (газовая центрифуга) без демонтажа маятников. Подпятники типа ПКС используются в приборостроении в качестве подшипников скольжения опорных пар роторов с рабочей частотой вращения порядка 10 мин. Подпятники изготавливаются из синтезированных монокристаллов корунда, обладающих высокими механическими свойствами, фирмой Sapphire OJSC (г.Нор-Ачин, Армения). Представляют собой диск диаметром D со сферической рабочей поверхностью кривизны r. Согласно ТУ 25.1813.019-98 угол наклона оптической оси кристалла к оси симметрии подпятника должен составлять α=60°±10°.
Известен полярископ-поляриметр ПКС-125 (Техническое описание и инструкция по эксплуатации БШ2.855.034 ТО, производитель - Загорский оптико-механический завод), предназначенный для определения разности хода световых лучей, вызванной двойным лучепреломлением в прозрачных образцах из бесцветного и слабоокрашенного стекла. Устройство содержит: узел осветителя, включающий источник света, теплофильтр и матовое стекло; узел поляризатора, расположенный в одном корпусе с осветителем; предметный столик, предназначенный для установки на нем измеряемых образцов; узел измерительной головки с анализатором. Полярископ-поляриметр позволяет приблизительно оценить по интерференционной окраске (коноскопической картине) величину остаточных внутренних напряжений (а также положение оптической оси) измеряемого образца. Указанное устройство обладает некоторыми недостатками. Во-первых, исследование образца возможно только в проходящем свете. Во-вторых, коноскопическая картина наблюдается визуально через анализатор без возможности отображения ее на экране монитора или телевизора.
2
2
Известен металлографический рабочий микроскоп ММР-4 (техническое описание и инструкция по эксплуатации, производитель - Ленинградское оптико-механическое объединение), предназначенный для наблюдения и фотографирования микроструктуры металлов и сплавов в отраженном свете при прямом и косом освещении, в темном поле и в поляризованном свете. Оптическая схема микроскопа состоит из трех основных систем: осветительной, наблюдательной и фотографической. Комплект оптики микроскопа обеспечивает получение стандартных увеличений при визуальном наблюдении в бинокулярную насадку, при рассматривании объекта на демонстрационном экране, а также при фотографировании объекта на фотопластинку 9×12 смили на пленку с размером кадра 24×36 мм.
Конструктивные особенности маятника и оптической схемы микроскопа не позволяют проводить контроль положения оптической оси подпятника. Во-первых, подпятник невозможно совместить с плоскостью предметов микроскопа, то есть невозможно получить его резкое изображение. Во-вторых, входной зрачок микроскопа не совпадает с диафрагмой маятника. Это значит, что даже при получении резкого изображения ограничение поля зрения микроскопа будет настолько сильное, что проконтролировать положение оптической оси подпятника не удастся.
Известен микроскоп стереоскопический МБС-10 (руководство по эксплуатации и паспорт, производитель - Лыткаринский завод оптического стекла), выбранный в качестве прототипа, используемый для контроля положения оптической оси корундовых подпятников типа ПКС на ВПО "Точмаш" и ЗАО "ЗИД". Методика контроля основана на оценке величины угла между главной оптической осью кристалла и осью симметрии подпятника по коноскопической фигуре, наблюдаемой на сфере подпятника при исследовании кристаллов в проходящем свете. Коноскопическая картина представляет собой интерференционную картину в сходящемся белом свете, видимую на кристалле, помещенном между скрещенными поляризаторами.
Микроскоп состоит из двух частей: осветительной и визуальной. В состав осветительной части входит источник света (лампа накаливания) и двухлинзовый коллектор, формирующий световой поток для освещения прозрачных предметов, размещенных на предметном стекле. Основными узлами визуальной части являются: четырехлинзовый объектив с фокусным расстоянием f'=80 мм и с двумя трубками Галилея; два объектива с фокусными расстояниями f'=160 мм (по одному объективу в каждом канале); две призмы Шмидта для оборачивания изображения; сменные окуляры. Для получения коноскопической картины в микроскопе устанавливаются два поляризатора: один поляризатор между осветителем и предметным стеклом, второй - между предметным стеклом и объективом микроскопа. Плоскости поляризации поляризаторов по отношению друг к другу скрещены под углом 90 градусов. Набор подпятников укладывается на предметном стекле сферой кверху. Количество подпятников определяется рабочей поверхностью поляризаторов и полем зрения микроскопа. Форма коноскопической картины зависит от угла ориентации главной оптической оси подпятника. Если оптическая ось кристалла совпадает с осью симметрии подпятника (нулевая ориентация), то наблюдается "крест" в центре сферы. В случаях, когда ориентация не является нулевой, вершина креста смещается к периферии. При вращении подпятника крест перемещается по окружности, причем его ветви остаются параллельными самим себе.
Недостатки прототипа: контроль положения оптической оси подпятников на микроскопе МБС-10 можно проводить только в проходящем свете до установки подпятников в маятники; исследование подпятников проводится только визуально через окуляр микроскопа, без записи видеоряда и одиночных изображений.
Задачей настоящего изобретения является разработка оптико-телевизионного устройства для контроля положения оптической оси корундовых подпятников типа ПКС в составе маятников ГЦ с возможностью записи видеоряда и одиночных изображений для формирования отчета осмотров.
Поставленная задача решается тем, что оптико-электронное устройство для контроля положения оптической оси корундовых сферических подпятников в составе маятников газовых центрифуг содержит осветитель, объективы, окуляр и поляризаторы, но в отличие от прототипа в устройстве используют белый светодиод и однолинзовый коллектор в качестве осветителя, микрообъектив с фокусным расстоянием 4.2 мм и объектив с фокусным расстоянием 12.8 мм для формирования изображения коноскопической картины на фотоприемнике, светоделительный кубик для ввода светового потока от осветителя в визуальный канал устройства и создания на подпятнике необходимого уровня освещенности, телевизионную камеру для получения изображения коноскопической картины на экране монитора или телевизора, персональный компьютер с установленным программным обеспечением для оцифровки изображения, записи видеоряда и одиночных изображений, формирования отчета осмотров, поляризаторы, установленные между осветителем и светоделительным кубиком и объективом и телекамерой для формирования коноскопической картины.
Подпятник 7 (рис.1 - оптическая схема устройства) в составе маятника освещается белым светом с помощью осветительной системы, состоящей из светодиода 1, линзы 2, поляризатора 3 и светоделительного кубика 4. Часть света, отраженная внутренней плоской поверхностью подпятника 7, проходит через оптическую систему, состоящую из микрообъектива 5, светоделительного кубика 4, объектива 9, поляризатора 10 и формирует на фотоприемнике 11 коноскопическую картину. В качестве фотоприемника используется малогабаритная телевизионная камера. Поляризаторы 3 и 10 находятся в скрещенном под углом 90 градусов положении. Маятник с ПКС вращается вокруг своей оси симметрии до получения наиболее контрастной коноскопической картины. Позиции 6 и 8 на рис.1 - элементы конструкции маятника. Оптическая система устройства рассчитана таким образом, что диафрагма 6 маятника является входным зрачком устройства. Для отображения коноскопической картины используется персональный компьютер, оснащенный устройством видеозахвата. Устройство видеозахвата оцифровывает аналоговый сигнал камеры, а прикладное программное обеспечение (ППО) выводит изображение на экран монитора. ППО имеет возможность выбора источника видеосигнала, его стандарта, разрешения изображения, регулировки яркости, контраста изображения. В процессе работы ППО позволяет записывать (документировать) как видеоряд, так и одиночное изображение для формирования отчета осмотров. Для удобства работы предусмотрена возможность установки стандартного окуляра для визуального наблюдения вместо камеры 11. Это бывает полезно в тех случаях, когда коноскопическая картина, воспроизводимая на мониторе, плохо поддается идентификации.