Автоматизация ОНК дефектов поверхности на основе пространственной фильтрации

Для автоматического контроля поверхностных дефектов созданы специальные приборы - оптические дефектоскопы. Их действие основано на явлениях отражения и рассеяния света дефектами. Поверхность, свободная от дефектов, имеет определенную плотность распределения рассеянного излучения, одинаковую для всех точек поверхности. Дефекты изменяют вид распределения рассеяния излучения. Есть дефекты, которые рассеивают излучение и которые его поглощают. Царапины рассеивают свет. Включение чужеродных материалов может привести к поглощению света, т.е. к уменьшению его рассеяния. Определяя изменение плотности распределения рассеянного излучения, можно определить вид дефектов. Метод основан на эффекте пространственной фильтрации.

Изображение предмета формируется как бы в две стадии: вначале в фокальной плоскости объектива возникает дифракционное изображение (пространственный спектр) предмета, а в плоскости, оптически сопряженной с фокальной, действительное его изображение. Очевидно, что вся информация, имеющаяся в изображении, имеется и в дифракционной картине, и если как-то изменять последнюю, например, экранировать часть максимумов, то соответственно изменится и изображение. Процесс изменения изображения путем изменения его дифракционной картины называется пространственной фильтрацией изображения (оптического пространственного сигнала).

Рассмотрим эффект пространственной фильтрации на примере классического опыта Аббе по оптической обработке изображений. При освещении дифракционной решетки R (рис.11.9)параллельным пучком света в фокальной плоскости F объектива О формируется пространственный спектр решетки. Поместим в фокальной плоскости F экран с отверстием, через которое проходит только прямое изображение источника, находящееся в точке F. В этом случае плоскость R^/, оптически сопряженная с плоскостью решетки R, освещена равномерно и не будет видно никакого изображения решетки. Увеличим диаметр отверстия так, чтобы пропустить через него прямое изображение источника и два первых порядка спектра решетки, расположенные по разные стороны от него. При этом появится изображение решетки. Если перекрыть прямое изображение источника в точке F, то штрихи в изображении решетки R^/ будут в два раза чаще. В случае двумерной дифракционной решетки R можно также изменять ориентацию штрихов в ее изображении R^/, фильтруя соответствующим образом спектр решетки в фокальной области объектива О. Этот классический был обобщен и применен к произвольным объектам. Он объясняет суть метода пространственной фильтрации.

В данном случае рассеянное излучение пропускают через фильтр. Фильтр имеет различную по сечению пропускающую способность. Он задерживает или ослабляет большую часть светового потока, отраженного от нормальной (бездефектной) поверхности. Лучи, отраженные от дефектов, фильтр пропускает. С помощью фильтра можно определить вид дефекта, так как он может подавлять лучи от дефектов, поглощающих излучение, и усиливать лучи от дефектов, рассеивающих излучение.

В системе автоматического обнаружения дефектов поверхности японской фирмы Toshiba используется протяженный источник света. Отраженный от поверхности свет вновь отражается от вращающейся призмы и фокусируется на щели прибора. Фотоумножитель преобразует световой сигнал в электрический. Минимальный размер дефекта, который можно обнаружить, составляет 0,1 мм в диаметре. Система позволяет контролировать поверхность материала, который движется со скоростью 15 м/с.

Оптические дефектоскопы изготовлены в Японии, США, ФРГ, Финляндии. Они позволяют контролировать дефекты в виде проколов, отверстий и т.п. на листах металла, бумаги, стекла и др. В случае, если рулонные листы покрыты смазкой, выбирают источник света, который проходит через смазку (например, ИК излучение).

Для контроля качества таких перемещающихся предметов, как ленты, ткань, их освещают импульсами света. Если освещать ОК непрерывным светом, нерегулярности фрагментов смазываются. Освещение импульсами создает впечатление неподвижности. Тогда нерегулярности можно отчетливо наблюдать. Частоту и продолжительность импульсов подбирают в зависимости от скорости перемещения предметов и индивидуальных особенностей зрения наблюдающего. Для нормального зрения благоприятны импульсы света частотой 20-50 Гц и продолжительностью менее 1 мс.