3.2. Особенности визуального контроля

Визуальный контроль изделий при техническом диагностирова­нии производят с целью выявления изменений их формы, а также поверхностных дефектов (трещин, коррозийных повреждений, де­формаций и др.) и выполняют, как правило, невооруженным глазом или с помощью лупы. Увеличение лупы должно быть 4...7-кратным при контроле основного материала и сварных соединений при изго­товлении, монтаже и ремонте и до 20-кратного при техническом ди­агностировании. Приемником светового излучения при этом явля­ются глаза человека, поэтому при организации визуального контроля необходимо учитывать особенности человеческого зрения.

Таблица 3.1

Примечания: 1. Обозначения: 1 — источник излучения; 2 — объект контроля; 3 — приемное устройство; 4 — зеркальная составляющая отраженного потока.

Схема испытаний зависит от размера и формы объекта и выбирается с учетом оптимальных условий выявляемое™ конкретного типа дефектов.

Параметры источника излучения (интенсивность, спектр, поляризация, про­ странственно-временное распределение интенсивности, степень когерентности) сле­ дует выбирать так, чтобы обеспечить максимальный контраст изображения.

Зрение является сложным явлением, включающим процессы фо­кусировки изображения на сетчатке, изменения диаметра зрачка, движения глаз при сканировании изделия, восприятия и обработки зрительной информации.

Оптическая система человеческого глаза состоит из роговицы, хрусталика, радужной оболочки и сетчатки. Основные преломляю­щие элементы глаза — роговица и хрусталик. Оптическая (прелом­ляющая) сила роговицы почти постоянна. Хрусталик глаза представ­ляет собой двояковыпуклую линзу переменной кривизны, которая проецирует изображение предмета на сетчатку глаза. За счет измене­ния кривизны хрусталика осуществляется наводка глаза на резкость.

Между роговицей и хрусталиком находится радужная оболочка с отверстием переменного диаметра — зрачком, который выполняет роль диафрагмы. При больших (дневных) освещенностях диаметр зрачка глаза равен 2...3 мм, а при низкой освещенности увеличивается до 6...8 мм

В сетчатке, на которую фокусируется изображение, расположены светочувствительные клетки — палочки и колбочки. Палочки не раз­личают цветов, но более светочувствительны, чем колбочки. При адаптации глаз с течением некоторого времени к низкой освещенно­сти палочки позволяют отличить белую поверхность от черной при освещенности 10^-6 лк. Колбочки чувствительны к цветам, но пере­стают их различать при освещенности менее 10^-2 лк. Поэтому при низкой освещенности люди цветнослепы. При большой освещенно­сти выше 10^-2...10^-3 лк зрение является почти чисто колбочковым.

Палочки и колбочки распределены в сетчатке неравномерно. В соответствии с этим поле зрения глаза можно разделить на три зоны:

• зона четкого видения — центральная зона с телесным углом около 2°;

• зона ясного видения с полным углом зрения около 30° по вер­тикали и 22° по горизонтали, в пределах которой при неподвижном глазе возможно опознание предметов без различия мелких деталей;

• зона периферического зрения с полем около 150° по горизон­тали и 125° по вертикали. В пределах этой зоны предметы не опозна­ются, но она имеет важное значение для ориентации человека в про­странстве.

Каждый глаз при перекрытии зрительного поля воспринимает и передает в мозг наблюдателя картину независимо друг от друга. Изо­бражения на двух сетчатках при этом немного отличаются. За счет этого предмет виден в трех измерениях, объемно. Способность объ­емного восприятия рассматриваемого предмета обоими глазами на­зывается бинокулярным (стереоскопическим) зрением. Такое зрение по сравнению с монокулярным (одним глазом) обеспечивает более точную оценку расстояния, объема и формы предметов и более вы­сокую чувствительность к различию яркости объектов. Способность раздельно различать по глубине детали объекта для невооруженного глаза составляет 5...10" для оптимальных условий наблюдения. При использовании специальных приборов (бинокулярных луп, стереомикроскопов и др.) разрешение по глубине повышается пропорцио­нально их увеличению.

Работа мозга при визуальном контроле на самом деле очень ве­лика и не ограничивается только способностью к бинокулярному зрению. Помимо получения на сетчатке глаза визуального изображе­ния, необходимо еще провести обработку этого изображения в моз­ге. Исследования процессов опознания разных свойств зрительного изображения у человека показали, что его зрительная система (гла­за — мозг) при опознании работает быстро и удачно только тогда, когда он тренировался в поиске и расшифровке интересующих его изображений и хорошо представляет себе те зрительные образы, ко­торые он может обнаружить. Если же задача поиска и опознания не­привычна, то он почти всегда решает их неудачно [17, т. 1, кн. 2].

Важнейшими факторами при визуальном контроле являются сте­пень различимости дефектов и разрешающая способность зрения.

Степень различимости дефектов при их наблюдении зависит от кон­трастности, цвета, угловых размеров объектов, резкости их контуров и условий освещения, а также продолжительности рассматривания. Каждому из указанных свойств соответствует свой абсолютный по­рог различимости, ниже которого дефект не может быть виден, сколь бы благоприятны ни были условия наблюдения с точки зрения других свойств.

В видимой части спектра оптического излучения применяют сис­тему единиц, соответствующую зрительному ощущению и спек­тральной чувствительности глаз человека. Световой поток Ф измеря­ется при этом в люменах (1 лм = 1,683 Вт для =0,55мкм), сила света I=Ф/ — в канделах (1 кд — 1 лм/ср), освещенность F= Ф/S — в люксах (1 лк = 1 лм/м²). Мерой излучения поверхности (самосветящей или светящей отраженным лучом) объекта контроля является яркость В, кд/м²:

B=I/S

Наиболее важными условиями различимости считают яркостный контраст и угловые размеры дефекта. Под контрастом понимают свойство дефекта выделяться на окружающем фоне за счет разности энергетической яркости дефекта и окружающего его фона. Степень яркостного контраста оценивают величиной отношения

,

Где - яркость рассматриваемого объекта; - яркость окружающего фона.

При К > 0,5 контраст считается большим; при 0,2<К<0,5 — средним; при К < 0,2 — малым. Минимальная величина яркостного контраста при оптимальных условиях наблюдения называется поро­гом контрастной видимости К_пор, которую человек еще способен раз­личать. Для большинства людей К_пор составляет 0,01...0,02. Отноше­ние величины фактического контраста К дефекта к его пороговому значению К_пор в заданных условиях определяет видимость дефекта V:

,

При видимости V 1 на окружающем фоне даже крупные дефекты не могут быть обнаружены глазом из-за малого контраста на по­верхности контролируемого объекта.

Под цветовым контрастом понимают меру различия цветов по их Цветовому тону, насыщенности и яркости. Глаз способен различать большое число цветовых оттенков. Вместе с тем эта способность у разных людей различна и проверяется с помощью специальных атла­сов цветов.

Максимальный контраст дефекта достигается путем подбора угла освещения и наблюдения, спектра и интенсивности источника излу­чения, состояния его поляризации и степени когерентности. Напри­мер, различие в отражении поляризованного света от металлов и ди­электриков используется для получения контрастного изображения дефектов (пятен масла на металле и т.п.).

Человеческий глаз неодинаково реагирует на различные длины волн электромагнитного излучения в пределах видимого диапазона (цвета). Разрешающая способность зрения е, т.е. способность разли­чать мелкие детали изображения, зависит от цветности, яркости, кон­траста и времени наблюдения объекта контроля. Она максимальна в белом или желтом свете при яркости 10...100 кд/м², высоком контрасте объекта ([К] 0,5) и времени наблюдения 5...20 с. При данных услови­ях и расстоянии наилучшего зрения до объекта

L =250 мм угловая раз­решающая способность глаза а=1^''. Линейное разрешение в плоско­сти объекта контроля е = Lsin = 2500,0003 = 0,08 мм. Реальный минимальный размер дефекта, который надежно выявляется при ви­зуальном контроле, зависит также от личных качеств наблюдателя (зрения, опыта и т.д.). Ориентировочно полагают, что наблюдатель с нормальным зрением при визуальном контроле на расстоянии наи­лучшего зрения уверенно обнаруживает дефекты с минимальным раз­мером 0,1 мм в плоскости, перпендикулярной линии наблюдения.

Перечисленные выше основные психофизиологические особен­ности зрения учитываются при разработке технологических карт контроля. В них приводятся требования к уровню и типу освещенно­сти, углам освещения и наблюдения, медицинские требования к зре­нию операторов, колорометрическим и фотометрическим характери­стикам материалов и др., обеспечивающие наиболее благоприятные условия проведения контроля.

Визуальный контроль включает в себя наружный и внутренний ос­мотры объекта, при этом производится качественная оценка отклоне­ния от заданной геометрической формы, коррозийного состояния, фиксируется наличие поверхностных дефектов сварных соединений и основного металла. Визуально оценивают состояние защитных покры­тий, контролируют качество изделий по их цвету и т.п.