gENERALITi

1.1. Introducere

Sistemul vizual al omului este unul dintre cele mai avansate sisteme senzoriale. Vizual pot fi acumulate mai multe imagini de cat prin oricare alta metoda. Dintre toate simurile omului se consider c cel mai important este vzul, aceasta deoarece aproximativ 60% - 70 % din informaiile asupra lumii nconjurtoare, sunt obinute pe aceast cale. Organul vzului este fr ndoial cel mai impresionat izvor de informaii i doua treimi din senzaiile noastre sunt vizuale. Prin ochii deschii ptrund informaiile continuu i direct, iar prin nervul optic ajung la creier.n mod natural i intrinsec, primul contact pe care l stabilim cnd ntlnim un obiect de studiu este cel vizual i mai apoi intervine mirosul, pipitul, gustul, etc. Se poate afirma cu certitudine c prima metod de examinare nedistructiv folosit de om fost examinarea vizual. Ca orice metod de examinare nedistructiv, aceasta a avut etape de dezvoltare i diversificare. Astfel, se poate vorbi despre examinarea vizual direct a suprafeelor accesibile i despre examinarea interioar.n general examinarea vizual servete la determinarea numrului de defecte, a mrimii i formei acestora, precum i la determinarea gradului de finisare al suprafeei, al nuanei de culoare caracteristice, prezenei de discontinuiti.Examinarea vizual se poate regsi n aproape toate celelalte metode de examinare nedistructive cu decizie hotrtoare, cum ar fi de exemplu: examinarea radiofilmelor, examinarea cu particule magnetice sau examinarea cu lichide penetrante, etc.Metoda examinrii vizuale directe se caracterizeaz prin: simplitate, uurin n aplicare, cost relativ sczut, caracteristici care ar fi trebuit s-o situeze printre metodele preferabile de examinare, dar n realitate metoda aceasta a fost i este folosit foarte puin i se poate spune chiar ignorat. Cauzele care au condus la ignorarea acestei metode se regsesc n:a. lipsa experienei i slaba pregtire a operatorului, cruia i se cere n primul rnd o cunoatere aprofundat a obiectului de examinat,b. diminuarea funciilor vizuale din cauza naintrii n vrst a operatorului sau din cauza unor leziuni,c. necesitatea unei curiri prealabile corespunztoare a suprafeei obiectului ce este supus examinrii.

Pe lng metoda examinrii vizuale directe, s-a dezvoltat pe baza legilor opticii geometrice i a proprietilor luminii, o multitudine de tehnici de investigare optic, care ne ofer att informaii cantitative ct i calitative, ale obiectelor supuse examinrii.

1.2. Principiul metodei Metoda se bazeaz n principal pe examinarea cu ajutorul ochiului liber sau folosind unele mijloace optice ajuttoare, a suprafeelor obiectelor supuse examinrii, n vederea depistrii eventualelor discontinuiti (pori, zgrieturi, fisuri, denivelri, anuri, crestturi, etc.) i a dispunerii i orientrii acestora.

1.3. ParticularitiExaminarea nedistructiv prin metode optico-vizuale se bazeaz n primul rnd pe ochiul omenesc care reprezint principalul organ care particip la efectuarea acestui tip de control. Acesta reprezint cel mai important instrument optic la care trebuie s se cupleze toate celelalte instrumente optice ajuttoare. Fotometria se ocup cu msurarea intensitii luminoase, prin intermediul senzaiei de lumin provocate asupra ochiului uman. Lumina este stimulul care acionnd asupra retinei din ochi i produce la omul sntos senzaia vizual. Din punct de vedere fizic, lumina este o radiaie electromagnetic; pentru a fi perceput de om ea trebuie s aib anumite caracteristici: frecvena trebuie s fie cuprins ntre limitele sensibilitii vizuale ale receptorilor fotosensibili din retin, iar intensitatea trebuie s depeasc pragul de sensibilitate al acestora. n sens larg se poate folosi termenul de "lumin" i pentru radiaii electromagnetice invizibile pentru om, ca de exemplu lumina infraroie sau cea ultraviolet.O raz de lumin transport energie. Energia transportat n unitatea de timp, pe o anumit suprafa, poart numele de flux de energie radiant i are dimensiunile unei puteri, care se msoar n wai. Dou raze de lumin care transport aceeai putere (au acelai flux radiant) dar care se caracterizeaz prin lungimi de und (culori) diferite, produc senzaii diferite la nivelul ochiului, deoarece acesta nu este la fel de sensibil la toate lungimile de und. De exemplu, radiaia verde produce o senzaie de lumin de circa 6 ori mai puternic dect lumina roie, n schimb, radiaia infraroie cu lungime de und peste 760 nm sau radiaia ultraviolet cu lungime de und sub 400 nm nu produc senzaie de lumin.Aceast particularitate a vederii umane st la baza modelului Bayer de filtre colorate aplicate la senzorii camerelor foto digitale, ce conin un numr dublu de filtre verzi, n comparaie cu filtrele roii sau verzi. Conform definiiei date de Comisia Internaional pentru Iluminat (C.I.E.), fluxul luminos este un flux de energie radiant evaluat n funcie de senzaia vizual i se msoar n lumeni. Un lumen este definit ca fluxul luminos emis de un izvor punctiform de 1 candela pe 1 steradian. Intensitatea luminoas se msoar n candele; o candel se definete ca 1/60 din lumina emis pe direcie normal de pe o suprafa de 1 cm ptrat de ctre un corp absolut negru adus la temperatura de solidificare a platinei. Steradianul este unitatea de msur a unghiului solid.Luminana reprezint intensitatea luminoas emis de surse nepunctiforme. Luminana se msoar n niti (nt) i care reprezint candele (cd) pe unitatea de suprafa (metru ptrat) sau n stilbi (sb) care reprezint candele (cd) pe cm ptrat. Iluminarea msoar fluxul luminos ce cade uniform pe o suprafa dat i se msoar n luci:1 lux (lx) = 1 lumen / 1 m.p.Se mai utilizeaz ca unitate de msur i photul (1 lumen/1 cm ptrat).Eficacitatea luminoas reprezint randamentul cu care o surs de lumin transform puterea consumat n lumin i se msoar n lumeni pe watti consumai. De exemplu, becurile casnice cu incandescen au o eficacitate luminoas ntre 7 i 15 lumeni/W iar becurile cu fluorescen (descrcri n gaze) au o eficacitate de circa 50 lumeni/W. Raportul ntre puterea emis sub form de radiaie vizibil i puterea total consumat reprezint randamentul de radiaie vizibil. Randamentul este mai mic n cazul becurilor cu incandescen (a cror emisie este majoritar n domeniul infrarou), de numai 5% i mai mare, de pn la 20% n cazul becurilor cu fluorescen. La rndul ei, radiaia vizibil determin senzaii de intensiti variabile la nivelul ochiului: mai slabe la extremitile intervalului 400 - 760 nm i mai puternice n centrul intervalului, cu un maxim pentru 500 - 520 nm, corespunztoare culorii verde-glbui. Pelicula fotografic nesensibilizat (cod U) reacioneaz mai puternic la radiaia luminoas cu lungime mic de und (ultraviolet i albastru), complet diferit fa de ochiul uman. Prin adugarea de sensibilizatori s-au obinut pelicule ortocromatice (cod O), cu o sensibilitate similar ochiului, mai puin la radiaia roie, i pancromatice (cod P), cu o sensibilitate corectat pentru rou dar uor deficitar pentru verde. Pelicula fotografic sensibil n domeniul infrarou (cod I) este sensibil la toate radiaiile luminoase, de la ultraviolet pn la infrarou apropiat (cca 800 nm).

echipamente

5.1 Echipamentul pentru examinarea vizual la mic distanDomeniul de verificare pentru fiecare metod de examinare nedistructiv este limitat, avnd sensibilitatea i puterea de rezoluie maxim. Acest lucru este valabil i pentru examinarea prin metode optico vizuale. Factorii care conduc la acestea sunt: limita de percepere a ochiului tnr, normal; limita optic de formare a imaginii, n primul rnd a imperfeciunilor optice i n al doilea rnd a luminii folosite; limitele de percepere i apreciere ale operatorului.Fa de factorii enumerai mai sus, mai intervine calitatea instrumentelor folosite i, ntr-o msur mult mai mic, precizia examinrii, respectiv eroarea de msurare.n general, echipamentele de examinare vizual la mic distan (microscopic) se caracterizeaz prin: putere de mrire cuprins ntre 1,5 X i 2000 X; cmpul de lucru de la 0,1 la 90 mm; puterea de rezoluie 0,0002 0,05 mm.Instrumentele optice sunt sisteme optice care formeaz (cu ajutorul lentilelor, diafragmelor i oglinzilor) imagini mrite care permit observarea unor detalii ale obiectelor. Imaginile reale se pot obine pe un ecran sau pe o pelicul fotosensibil, iar cele virtuale se observ direct cu ochiul.

Lupe

Cel mai simplu instrument folosit la examinarea prin metode optico vizuale de mic distan este lupa. Relativ puternice, lentilele convexe sunt adesea folosite ca lupe. Prima intenie de mrire a unui obiect a aprut acum aproape 2000 de ani n urma. Vechile documente greceti i romane descriu cum un vas rotund de sticl umplut cu ap poate fi folosit pentru a mri obiecte. Lentilele de sticl au aprut mult mai trziu i au fost folosite probabil prima dat n anii 1000 de clugrii care scriau manuscrise. Dup anii 1200, ochelarii cu lentile slabe au nceput s fie folosii pentru a corecta hipermetropia. Dar numai prin anii 1400 s-a descoperit tehnica fabricrii ochelarilor cu lentile concave pentru a corecta miopia.Lupa este un sistem optic simplu, constnd din una sau mai multe lentile cu distana focal relativ mic (ntre 10 i 100mm). Lupa se aeaz ntre obiectul AB i ochi. Obiectul, de lungime y1, se afl n apropierea focarului F astfel nct imaginea virtuala A`B`, de lungime y2 s se afle la distana vederii clare de 25cm. Lupele folosite curent au grosismentul cuprins ntre 2,5 i 25.

MICROSCOPUL

n scopul obinerii unor mriri mai substaniale, dect n cazul lupelor, se utilizeaz microscopul, care n principiu reprezint o combinaie de doua sisteme optice: obiectivul i ocularul, aezate la o distan apreciabil unul fa de cellalt. Microscoapele mresc obiecte minuscule, sau dezvluie detalii ale unor obiecte mai mari. Ele ne-au deschis o lume ntreag, invizibil ochilor notri.

Microscoapele optice

Originea microscoapelor optice este o problem care nc se discut, dar majoritatea cercettorilor sunt deacord c primul microscop optic a fost creat de Zacharias Janssen, la sfritul secolului al aisprezecelea. n acea perioad lentilele erau utilizate n mai multe domenii.Microscopul ilustrat n figura alturat, a fost construit de Zacharias Janssen, probabil cu ajutorul tatlui su Hans, n 1595. Acest microscop este alctuit din trei tuburi, cu lentile inserate la capete, care se mic. Lentila care este aezat n ocular este biconvex i cele din obiectiv sunt planconvexe, cea ce pentru vremea respectiv reprezenta un sistem avansat. Focalizarea se realizeaz prin micarea tuburilor astfel nct s poat fi observat obiectul dorit. Acest microscop era capabil de a mri imaginea de aproximativ 3 ori cnd era complet nchis i de peste 10 ori, cnd era extins la maxim.

Anton van Leeuiwenhock care a trit n olanda ntre 1632 i 1723, a fost un om de tiin cruia i plcea orice tip de instruire. Cercetrile i experimentele fcute de acesta pentru a construi i a face funcionabil un microscop l-au fcut pe acesta s devin cunoscut i apreciat pe plan internaional.

Leeuiwenhock a schiat i a construit cte sute de microscoape care erau toate foarte mici i semnau ntre ele. Dimensiunile acestor microscoape destul de constante la aproximativ 2 inchs lungime i un inch seciune. Partea principal a acestor microscoape const din dou plci netede i subiri din metal (de obicei alam) prinse ntre ele. ntre cele dou placi este aezat o lentil biconvex capabil s realizeze o mrire ntre 70X i 250X, depinznd de calitatea lentilelor folosite.Operarea cu acest gen de microscoape este simpl. Obiectul este plasat ntr-un suport, pentru al putea manipula (cu ajutorul a dou uruburi, unul pentru a ajuta distana ntre obiect i lentil i al doilea pentru a regla nlimea obiectului).

n jurul anului 1640 a aprut un alt tip de microscop. Schema de principiu i construcia a cestui tip de microscop este similar cu cea a lui Leeuiwenhock, cu excepia faptului c obiectul ce este examinat trebuie s fie aezat n focar prin micare. Deoarece acest microscop este dotat cu o lentil de dimensiuni mari, puterea de mrire este mic.

ntr-un microscop optic, lumina reflectat de un obiect se refract, trecnd prin nite lentile. Acest fenomen face ca obiectul s par mult mai mare. O a doua lentil mrete obiectul chiar mai mult. Microscoapele optice cu mai multe lentile sunt numite microscoape compuse, i pot mari obiectele de pn la 2000 de ori.

Microscopul optic este un sistem optic complex folosit pentru vizualizarea obiectelor mici (y1 0,5 m), care nu pot fi vzute cu ochiul liber. Este format din dou sisteme de lentile convergente: obiectiv i ocular. Obiectivul formeaz imagini, reale i mrite, ale obiectului AB plasat n apropierea planului su focal, care devin obiecte pentru ocular, plasate n apropierea planului focal al acestuia. Imaginea final obinut prin ocular este virtual, mrit, plasat ctre infinit, ca n cazul lupei. Cristalinul ochiului focalizeaz pe retin razele, aproximativ paralele, emergente din ocular. Observatorul deplaseaz tubul microscopului fa de obiect pn vede clar imaginea final, fr efort de acomodare, a preparatului studiat. Microscopul se caracterizeaz prin puterea optic P (ca i lupa) i prin grosismentul G (raportul dintre modulele diametrului aparent al imaginii i diametrului aparent al obiectului privit cu ochiul liber la distana 0 = 0,25 m):

Microscoapele moderne sunt construite astfel nct s asigure o mrire 2D a imaginii. n figura de mai sus este prezentat un microscop tipic echipat cu camera pentru nregistrri ale imaginilor. Lumina este asigurat de o lamp.

Pentru studierea fisurilor de oboseal se folosete microscopul optic, n trei scopuri: determinarea i localizarea primei fisuri macroscopice n pies, evidenierea fisurii de oboseal i, n final, determinarea modului n care este afectat structura materialului, prezena incluziunilor etc., respectiv, studierea evoluiei fisurilor. Pentru primul caz, se folosete un microscop de mic putere (20 la 50X), pentru al doilea caz, microscop cu putere de 50X la 500X, iar n ultimul caz, microscop cu putere de mrire de peste 1500X.

Microscoapele electronice

Principalul concept pe care s-a format microscopul electronic este acela c electronii au unda asociat. Microscoapele electronice au fost utilizate prima oar n 1930. n loc de lumin, ele folosesc un fascicol de electroni, controlat de cmpuri magnetice. Ele sunt foarte puternice i pot vizualiza detalii de 1000 de ori mai mari dect cele optice. Specimenul trebuie uscat i tiat n felii foarte subiri (cam de o miime de ori mai mici dect grosimea unei pagini). n plus, aerul trebuie ndeprtat din interiorul microscopului electronic i din jurul specimenului, deoarece electronii se pot mprtia.

Alte microscoape

Microscoapele electronice cu baleiaj proiecteaz un fascicol de electroni pe suprafaa specimenului. Electronii reflectai sunt colectai, formnd o imagine. Microscoapele cu baleiaj, respective cele atomice au fost inventate la sfritul anilor 1980. Ele pot mri de un milion de ori, prezentnd chiar atomi individuali. O raza extrem de precis se deplaseaz pe suprafaa specimenului, simindu-i forma n cele mai mici detalii. Un calculator transform semnalele ntr-o imagine tridimensional afiat pe un monitor.

5.2 Echipament electronic pentru examinarea vizual5.2.1 Generaliti

Echipamentul electronic folosit la examinarea vizual se bazeaz, n principal, pe efectul fotoelectric. Informaia luminoas este convertit, pe acest principiu, n semnal electronic, care, ulterior, este amplificat, prelucrat i folosit pentru a mrii i uura abilitatea observatorului n a nelege i utiliza informaiile. Informaiile pot fi n domeniul spectrului vizibil sau n domeniul invizibil, cum ar fi, ultraviolet sau infrarou.O clasificare general ar cuprinde echipamentul de detectare de radiaii (detectoare cuantice i sisteme de detectoare), optocuploare, dispozitive de afiare alfanumeric i echipamentul de amplificare i convertire a efectului fotoelectric n imagine pe ecranul unui tub catodic.

5.2.2 Proiectoare i comparatoare optice

Majoritatea verificrilor industriale includ, ca metod obligatorie, examinarea vizual n ceea ce privete aspectul general, starea suprafeei, asemnarea cu un model dat, etc. n acest scop, s-au construit aparate numite proiectoare optice comparatoare optice, care permit examinarea conturului unei piese sau suprafeei acesteia la un anumit grad de mrire.Din punct de vedere al metodelor de msurare, se practic metode prin comparaie, metode prin deplasare, metode de msurare a unghiurilor i metoda de translaie. msurarea prin comparaie const din proiectarea umbrei mrite a piesei pe un ecran de sticl sau plexiglas. Pe acest ecran sunt reprezentate valorile limit, maxim i minim ale piesei, care determin ncadrarea n admis sau respins a piesei. la msurarea prin deplasare, piesa este fixat pe o mas suport, ce are ncorporate micrometre, astfel c prin aducerea imaginii la o linie de referin pe ecran, se realizeaz citirea pe micrometru a dimensiunii piesei. metoda de msurare a unghiurilor cuprinde mai multe tehnici, cum sunt: msurarea de unghiuri mari, compararea unui unghi cu o suprafa sau muchie, msurarea de suprafee neparalele.

metoda de msurare prin translaie se folosete la piese cu forme complexe ce nu pot fi proiectate i, n acest caz, se folosete un palpator care este n contact direct cu suprafaa examinat i fa de care se execut verificarea. Cu ajutorul unor aranjamente optice auxiliare folosite la iluminarea piesei, se poate extinde domeniul de lucru al aparatului i astfel pe ecran va aprea imaginea suprafeei cu o anumit mrire. n modul acesta se evideniaz pe suprafaa piesei: urme de prelucrare, ciupituri, fisuri, etc. De asemenea, neregularitile de pe o suprafa se pot copia pe o replic i se pot analiza optic, eventual cu o nregistrare fotografic.Un sistem optic de proiecie cuprinde, n mod obligatoriu, componente de baz ca: surs de lumin, lentile, precum i componente ce mbuntesc sistemul de proiecie format din diafragme, oglinzi, lentile Fresnel, suport de prindere, etc.

5.2.3 Curirea componentelor optice

n primul rnd este nevoie de a pregti pe masa de lucru un spaiu special amenajat pentru aceast operaie. Materialele i sculele necesare currilor sunt urmtoarele: pnz alb (tifon) fr scame amestec de eter i alcool n proporie de 7:3 i xylol bee ascuite din lemn de salcie lup pomp pensul cu fire moi ap distilat.n prima faz a currii are loc nlturarea prafului de pe lentile, pentru a evita zgrierea suprafeei acesteia, astfel: se perie suprafaa lentilei cu pensula, pentru a ndeprta particulele mari praf; se sufl cu pompa praful fin; se terge suprafaa uor cu pnz nmuiat puin n ap.Curarea propriu-zis se face dup faza descris anterior i const din tergerea suprafeei cu o mic cantitate din soluia de eter cu alcool.

TEHNICI DE INVESTIGAIE NOI

7.1. Prezentarea tehnicilor de investigaie noiPeriscopulDenumirea de periscop provine de la cuvintele greceti peri (mprejurul) i skopein (examinare). Acesta este un instrument optic ce permite examinarea unui obiect sau peisaj ntr-un plan diferit vederii normale.n afar de utilizarea binecunoscut a periscopului n domeniul militar (construcie submarine, examinarea cmpului de lupt, din tranee), acest instrument se folosete cu succes i n numeroase domenii industriale i laboratoare: n marile oelrii, lingourile sunt tiate mecanic la capete, operaie supravegheat cu ajutorul unui periscop; n industria chimic este supravegheat agitarea i manipularea substanelor toxice cu ajutorul periscopului; n domeniul energiei atomice, se folosesc tipuri speciale de periscoape, pentru manipularea substanelor radioactive n camerele calde.Periscoapele se pot clasifica din punct de vedere constructiv, n trei categorii: periscoape simple, periscoape cu prisme, periscoape panoramice.

Oglind orientat la 45Periscopul simplu este format din dou oglinzi, nclinate la 45 i fixate, dup cum se poate observa n figura de mai jos.

Oglind orientat la 45

Periscopul cu prisme funcioneaz pe acelai principiu, numai c n loc de oglinzi acesta are instalate prisme cu reflexie total. Acest periscop, din punct de vedere constructiv este mai complex, avnd montate, ntre cele dou prisme (prisma-cap i prisma-ocular), un obiectiv, format din mai multe lentile (numr impar pentru inversarea imaginii), lentile colectoare cu scale gradate, necesare efecturii de msurri, iar vizarea se face printr-un ocular.

Periscopul panoramic este un periscop cu prisme, care are dou sau patru prisme-cap, respectiv acelai numr de lentile-obiectiv. Cmpul individual al unei prisme-cap, avnd deschidere de 90, se poate observa, cu cele patru prisme, n toate meridianele, fr a mai fi necesar rotirea periscopului. EndoscopEndoscopul are destinaie asemntoare cu cea a periscopului, numai c, cu ajutorul su, se examineaz suprafaa interioar a obiectelor, unde privirea nu poate ptrunde. Domeniul de aplicare este foarte mare, ncepnd de la examinarea n industria aeronautic, continund cu examinarea motoarelor cu explozie, vanelor, ventilelor, pompelor, paletelor de turbin, stabilirea coroziunilor i fisurilor n evi, recipieni etc.Primele aparate s-au construit pe un sistem optic avnd un aranjament complex de prisme i lentile, prin care imaginea suprafeei examinate ajunge la observator cu o eficien maxim. Sursa de lumin este localizat n zona de examinat. n acest caz, o imagine bun se poate obine numai dac aparatul are un diametru mare i o lungime mic. Cu ct lungimea aparatului crete, imaginea devine mai puin strlucitoare datorit pierderilor prin sistemul de lentile i prisme. Dimensiunea cmpului vizual variaz cu diametrul aparatului pentru ca sistemul s redea o anume mrime a detaliilor examinate.De o importan deosebit sunt lentilele acromatice situate la mijlocul ansamblului care nu trebuie s denatureze culoarea observat. n funcie de lungimea endoscopului, imaginea poate fi: normal, inversat sau exprimat binocular.Apariia fibrelor optice i a celor de compoziie special (fibrele din bioxid de siliciu pur cu un grad relativ mare de rezisten la radiaiile nucleare), prin intermediul crora se poate propaga o und de lumin modulat, a revoluionat acest domeniu.Primele fibre optice au fost folosite n tehnica laserelor n anul 1961, erau confecionate din sticl dopat. Cu toii am auzit de fibra optic (Internet prin fibr optic, telefonie prin fibra optica etc.). Dar ce este fibra optic? Este un fir foarte subire i flexibil din material transparent, de exemplu sticl, care este nvelit ntr-un strat care ajut la producerea reflexiei totale. Astfel, dac trimitem la un capt un semnal luminos, acesta se va reflecta total de mai multe ori n fibra optic pn cnd va ajunge n cellalt capt aproape cu aceeai intensitate, parcurgnd distante foarte mari. Un cablu din fibre optice este format dintr-un numr foarte mare de astfel de fibre.

La un capt se afl un aparat electronic care trimite semnalul codificat i la cellalt capt un aparat care recepioaneaz i decodific semnalul. Avantajele sistemului ar fi: o mai bun conservare a semnalului, semnal imposibil de bruiat, mai multe semnale pe un fir i viteza de transfer mai mare.

Constructiv un endoscop poate fi sub form flexibil, caz n care se mai numete i fibroscop sau sub form rigid caz n care se numete i boroscop.

BOROSCOP

fibroscop

Obiectivul endoscopului poate fi orientat frontal sau lateral, avnd diverse unghiuri de examinare (de exemplu: 20, 40, 60, 65, 80). Iar in cazul fibroscoapelor exist posibilitatea de rotire a obiectivului.

Cel mai nou i performant echipament de examinare prin metode optico-vizuale este videoscopul. Cea mai mare noutatea pe care o ofer acest echipament este aceea c poate nregistra imagini i clipuri audio-video, fr a mai conecta un alt echipament auxiliar.

videoscopul

7.2. Echipamente auxiliare utilizate la aceste tehnici