Метод оптического контроля

мерам.

Разряд точности концевых мер длины  показывает, с какой погрешно-

стью измерения производится аттестация действительного размера длины 

концевой меры. Установлено пять разрядов точности: 1, 2, 3, 4, 5.

Притираемость измерительных поверхностей – это способность из-

мерительных поверхностей сцепляться друг с другом при смещении в плотно

прижатом состоянии, что позволяет  собирать блоки КМД из отдельных  мер;

суммарный размер такого блока равен сумме размеров мер, вошедших в него.

Концевые меры длины изготовляют  различных номинальных размеров

со следующими градациями.

 

При ультразвуковом контроле работа дефектоскописта связана  со

зрительно-напряженными функциями  в связи с восприятием визуальной ин-

формации  и взаимодействием  с органами управления ультразвуковым при-

бором, пьезоэлектрическими преобразователями, электронно-лучевыми

трубками либо электролюминесцентными, жидкокристаллическими экрана-

ми, а также бумажными носителями. Существует ряд противопоказаний для

оператора, которые приведены в  справочнике [26, т. 1].

Требуется определенная освещенность рабочего места в пределах от

300 до 700 лк, скачки яркости при  смене полей зрения должны  быть мини-

мальными, т.е. интенсивность освещения объектов контрольных поверхно-

стей, где  находятся рукописи и  документы, не должна превышать яркости 

экрана  прибора. Рабочие места  оператора следует располагать  так, чтобы в 

поле его зрения не попадали окна или осветительные приборы; они  не долж-

ны находиться и непосредственно  за спиной оператора. Необходимо исклю-

чить отражения на экране от различных  источников дневного и искусствен-

ного света, все блестящие детали, попадающие в поле зрения, должны быть

заменены на матовые, соотношение яркости экрана и непосредственного

ближайшего окружения не должно превышать 3:1. Также к ускорению  разви-

тия зрительного утомления, изменению  цветоощущения, повышению расхо-

да энергии могут привести резкие запахи, высокая температура воздуха, шум 

и другие внешние воздействия

 

 

Если оператор-диагност осматривает  объект без каких-либо специаль-

ных увеличительных средств, то это  – визуальный осмотр, который, как  ука-

зывалось выше, согласно ГОСТ 18353 не относится к категории физических

видов неразрушающего контроля. Но как только оператор взял в руки хотя

бы простую увеличительную лупу, это уже  оптический вид неразрушаю-

щего физического контроля.

Теоретические основы оптического  контроля изложены в справочнике 

[26, т. 1]. В соответствии с указанным  источником метод основан на анализе

взаимодействия оптического излучения (ОИ) с объектом контроля (ОК).

Оптическим излучением или светом называется  электромагнитное из-

лучение с длиной волны 10

–3

–10

3

мкм, в котором выделяются ультрафиоле-

товая (УФ), видимая и инфракрасная (ИК) области спектра с длинами волн,

соответственно, 10

–3

–0,38; 0,38–0,78 и 0,78–10

3

мкм. В данном методе  в ос-

новном используется видимая часть  и в некоторой степени УФ-части  спектра.

Возникновение ОИ связано с движением  электрически заряженных

частиц (электроны, атомы, ионы, молекулы). Дискретные или индуцирован-

ные переходы носителей зарядов  с более высоких на более низкие уровни

энергии сопровождаются испусканием  световых квантов (фотонов) с энерги-

ей равной разности энергий этих уровней. Энергия фотона

Е = hν,

где h – постоянная Планка, h = 6,626 · 10

-34

Дж с; v – частота излучения,  Гц.

Скорость распространения ОИ в  реальных средах определяется по

формуле

V = с0 / n = λ0 ν / n λ ν,                                                (5)

где n – показатель преломления  среды, n =  εµ (ε – относительная  диэлек-

трическая проницаемость среды; μ  – магнитная проницаемость  среды); λ0 –

длина волны света в вакууме; λ – длина волны света в  среде.

Информационными параметрами ОИ являются пространственно-

временные распределения его амплитуды, частоты, фазы, поляризации и сте-

пени когерентности. Для получения  обратной информации используются из-

менения этих параметров в соответствии с явлениями интерференции, ди-

фракции, поляризации, преломления, отражения, поглощения, рассеивания,

дисперсии света, а также изменения  характеристик самого ОК  под  действи-

ем света в результате эффектов фотопроводимости, фотохромизма, люми-3. ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

3.1. Физические основы взаимодействия излучения и вещества

2 Методы неразруш. контроля. Ч. 1. Неразрушающие методы контроля матер. и изделий. Учеб. пособие 34

несценции, электрооптических, механооптических (фотоупругость), магни-

тооптических, акустооптических и  других явлений.  Спектральные и инте-

гральные фотометрические характеристики зависят от строения вещества,

его температуры, физического (агрегатного) состояния, микрорельефа, угла

падения излучения, степени его  поляризации, длины волны.

Основными дефектами, обнаруживаемыми  данным методом, являются

нарушения сплошности, расслоения, поры, трещины, включения инородных 

тел, внутренние напряжения, изменения  структуры материалов и их физико-

химических свойств, отклонения от заданной геометрической формы и  т.д.

Внутренние дефекты могут  выявляться только в прозрачных материалах

в оптической области спектра.

Эффективность применения метода  зависит от правильности выбора

геометрических, спектральных, светотехнических, временных характеристик

и условий освещения и наблюдения ОК. Для большей эффективности следу-

ет обеспечить максимальный контраст дефекта подбором углов освещения 

и наблюдения спектра и интенсивности  источника (непрерывного или стро-

боскопического), а также состояния  поляризации и степени когерентности 

света. Также учитываются различия оптических свойств дефекта и окру-

жающей его области фона. Контраст определяется по формуле:

К = (Lо – Lф) / (Lо + Lф),                                       (6)

где Lо, Lф – соответственно, яркости  объекта и фона.

Физические основы взаимодействия излучения и вещества могут быть

описаны единым параметром – комплексным  показателем преломления N

(КПП), зависящим от частоты, температуры,  напряжений и других факторов:

N = n – i k,                                                (7)

где n – определяет скорость света в среде; k – затухание ОИ, главный показа-

тель поглощения.

Для немагнитных веществ (магнитная  проницаемость μ = 1)

n =  ε ,                                                  (8)

где ε – диэлектрическая постоянная.

Для металлов связь их оптических постоянных с электрическими ха-

рактеристиками задается уравнениями:

n

2

(1 – k

2

) = ε  и  

2

n k = πσ ϖ 2 ,                                 (9)

где σ – удельная проводимость; ϖ – круговая частота излучения.

По взаимодействию с ОИ вещества можно разделить:

– на однородные, отражение света (ОС) которых сводится к свойствам 

гладкой поверхности;

– однородные, для описания ОС которых  используется модель плоско-

го слоя (или системы слоев);3. ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

3.1. Физические основы взаимодействия излучения и вещества

2 Методы неразруш. контроля. Ч. 1. Неразрушающие методы контроля матер. и изделий. Учеб. пособие 35

– вещества с шероховатой границей раздела сред в приповерхностной

области;

– неоднородные вещества с объемной системой неоднородностей, опи-

сываемые моделью типа совокупности рассеивающих слоев.

По численным значениям КПП  можно выделить:

– сильнопоглощающие вещества с k > 10 (металлы и т.п.) и высокой  от-

ражательной способностью, оптические свойства которых определяются харак-

теристикой поверхности;

– слабопоглощающие вещества с k ≤ 0,01 (вода, газы, некоторые стекла

т.п.) и низкой отражательной способностью, определяемой практически пол-

ностью величиной п;

– вещества с 0,01  ≤ k ≤ 0,1 (полупроводники), отражательная и излуча-

тель способности которых существенно зависят от толщины слоя материала;–

вещества с 0,1≤ k ≤ 10 (тонкослойные покрытия и т.п.), отражательная способ-

ность которых зависит и от толщины  слоя, и от значения k .

Спектральные характеристики оптических свойств определяются сово-

купностью значений КПП для различных  частот излучения. Как правило, спектр

КПП находят экспериментально.

Взаимосвязь основных оптических констант вещества  – показателя пре-

ломления и показателя поглощения  – определяется интегральным уравнением

Крамерса – Кронинга, позволяющим  вычислить одну из констант на фиксиро-

ванной частоте по известным  для всего спектра значениям  другой.

По спектральным свойствам материалы  обычно разделяют на металлы,

полупроводники и диэлектрики. Металлы характеризуются высокой  отража-

тельной способностью, особенно в  ИК-области спектра, наличием точки  темпе-

ратурной инверсии, увеличением  излучательной способности в  УФ-диапазоне.

Их оптические свойства определяются в основном проводимостью.

Для  полупроводников характерно  наличие поглощения в УФ-

и ИК-областях спектра, а также сильная  зависимость оптических свойств  от

температуры.

У диэлектриков отмечается наличие  зон прозрачности в широком диа-

пазоне спектра с резкой границей поглощения.

Оптические свойства многокомпонентных  рассеивающих сред (лаки,

краски, окислы металлов и пр.) описывают  с помощью различных моделей 

теории светорассеивающих (мутных) сред, например с помощью двухпото-

кового приближения. Оптические свойства веществ в монолите и в дисперс-

ной среде могут резко различаться, например, металлы хорошо отражают

свет в монолитном состоянии, но в состоянии мелкодисперсной  фазы обла-

дают низкой отражательной способностью и используются в качестве по-

глощающих покрытий (платиновая чернь  и т.д.). Диэлектрики в дисперсной

фазе хорошо отражают свет в спектральных областях, соответствующих по-

лосам поглощения монолитного материала.3. ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

3.1. Физические основы взаимодействия  излучения и вещества

2 Методы неразруш. контроля. Ч. 1. Неразрушающие методы контроля матер. и изделий. Учеб. пособие 36

Важнейшая особенность ОС газов  – селективность поглощения излу-

чения. Форма и положение линий  испускания (поглощения) газов сильно за-

висят от их концентрации и температуры.

При взаимодействии ОИ с веществом  наблюдается поглощение, рас-

сеяние, отражение и преломление  ОИ.

Отражением света (ОС) называется эффект возвращения световой

волны при ее падении на границу  раздела двух сред обратно в первую среду.

Различают зеркальное, диффузное и  смешанное ОС.  Зеркальное ОС

имеет место, если неровности поверхности  малы по сравнению с  длиной

волны света. При этом свет отражается по законам геометрической оптики,

т.е. угол падения равен углу отражения, а падающий и отраженный лучи ле-

жат в одной плоскости с нормалью к поверхности в точке падения  света.

Диффузное ОС сопровождается равномерным  распределением отра-

женного света в пределах полусферы. Оно характерно для поверхности  с не-

ровностями порядка длины волны света, расположенными хаотично.

Смешанное ОС наблюдается при отражении  от поверхностей с неров-

ностями, большими длины волны света.  Для него характерно преимущест-

венное отражение в направлении  зеркального ОС в сочетании с  менее интен-

сивной диффузионной компонентой. Регулярные неоднородности поверхно-

сти приводят к появлению пространственного  распределения отраженного 

света, характерного для явления  дифракции.

ОС обычно носит селективный  характер, что и определяет цветность 

различных тел.

Поглощение света (ПС) – уменьшение энергии световой волны в ве-

ществе вследствие преобразования ее во внутреннюю энергию вещества или 

в энергию вторичного излучения (люминесценция), имеющего иной спек-

тральный состав и иные направления  распространения.

Для твердых веществ характерно  собственное поглощение, обуслов-

ленное взаимодействием света  с кристаллической решеткой, и  характери-

стическое (селективное)  поглощение, возникающее вследствие колебаний 

и  вращений молекул и приводящее к появлению полос резонансного поглоще-

ния.

Газы обладают в основном избирательным  поглощением.

Ослабление монохроматического света  в гомогенной изотропной среде 

за счет поглощения описывается  законом Бугера:

F F F ( X ) αλ

= λ

αλ

= λ

− αλ

exp

0 0

,                             (10)

где  Fαλ

– поток, поглощенный средой;  F0λ

– падающий поток;  αλ

– спек-

тральный показатель поглощения среды, мм

–1

,

αλ

= 4πk λ                                                (11)

(k – главный показатель поглощения  среды; λ – длина волны света); X – дли-

на пути света в среде.3. ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

3.1. Физические основы взаимодействия  излучения и вещества

2 Методы неразруш. контроля. Ч. 1. Неразрушающие методы контроля матер. и изделий. Учеб. пособие 37

Ослабление полихроматического излучения определяют интегрирова-

нием соответствующих потоков  по длинам волн.