Видеоэндоскоп – оптический прибор для промышленной телеинспекции с поддержкой фото- и видеосъёмки​

Видеоэндоскоп (технический эндоскоп) - оптический прибор с оптическими, регистрирующими устройствами и осветительной системой для осмотра внутренних поверхностей объекта контроля (ОК). Применяется для визуального и измерительного контроля (ВИК) скрытых и труднодоступных поверхностей, инженерных коммуникаций, сочленений различных механизмов, а также для диагностики эксплуатируемого оборудования без демонтажа последнего. При помощи видеоэндоскопа можно выполнять осмотр обратного валика кольцевых стыковых и угловых сварных швов, при отсутствии беспрепятственного и безопасного доступа для "классических" инструментов ВИК - штангенциркуля, шаблонов сварщика, телескопического зеркала и т.д. Промышленный видеоэндоскоп представляет собой электронный блок с цветным экраном либо сенсорным дисплеем, клавиатурой, встроенным аккумулятором и джойстиком для управления дистальной частью зонда. К базовому блоку могут подключаться зонды разной рабочей длины (чаще всего от 1 до 20, в редких случаях - до 30 м) и разного диаметра (обычно от 1,0 до 12,7 мм). Зонды оснащаются одной или двумя (прямой и боковой камерой), регулируемой LED-подсветкой, датчиком температуры для защиты от перегрева и многослойной оплёткой для защиты кабеля от агрессивных сред, влаги, изгибов, скручивания, ударных и прочих нагрузок. Современные видеоэндоскопы могут записывать фото (чаще всего в форматах *jpeg, *bmp) и видео (*mpg, *avi) с разрешением FullHD (до 1920x1080 px), сохраняя их на SD-карту и/или выводя изображение на внешний монитор по интерфейсу HDMI. Во многих видеоэндоскопах, представленных на российском рынке, предусмотрены измерительные функции - и они утверждены в качестве средств измерений (СИ) и внесены в Государственный реестр СИ РФ. В комплект поставки современных видеоэндоскопов входит программное обеспечение (ПО) для обработки записанных фото и видео и создания отчётов по результатам контроля, например, в формате *pdf. Всё это делает видеоэндоскопы очень удобным и гибким средством неразрушающего контроля (НК), который давно и успешно применяется при техническом диагностировании (ТД), техническом освидетельствовании (ТО), экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ) различных технических устройств (ТУ), зданий и сооружений на опасных производственных объектах (ОПО), но не только. Часто видеоэндоскопы используются просто для профилактических, плановых и внеплановых диагностических осмотров различного оборудования - вентиляторов, насосов, печей, турбин, технологических трубопроводов и т.д.

Содержание:​

Для чего применяются промышленные видеоэндоскопы
Конструктивное исполнение современных видеоэндоскопов
Камеры и оптика
Функционал технических эндоскопов
Уход за видеоэндоскопами
Подбор прибора под разные задачи диагностики
Где купить хороший видеоэндоскоп

Данный текст посвящён волоконно-оптическим видеоэндоскопам, которые наряду с жёсткими линзовыми эндоскопами (бороскопами) применяются в технической диагностике. Волоконно-оптические оптические приборы используются наиболее широко ввиду их универсальности и адаптированности к визуальному обследованию самых разных конструкций и механизмов. Волоконные световоды могут изгибаться практически по любому криволинейному профилю, например, проходить через отводы даже в 90 градусов. Изображение при этом передаётся с минимальными искажениями.

Возможности современных видеоэндоскопов​

Технические эндоскопы используются для диагностики самых разных объектов:

• печей и теплообменников;
• скрытых коммуникаций в стенах и перекрытиях (водоснабжение, канализация, отопление, вентиляция, электрические сети);
• сосудов, резервуаров и всевозможного ёмкостного оборудования;
• атомных реакторов;
• ректификационных колонн и теплообменников;
• реторт;
• авиационных двигателей, топливных систем, систем управления и торможения;
• приводных механизмов;
• воздуховодов, вентиляторов, фильтров;
• камер химических реакций;
• турбин и иных вращающихся агрегатов;
• насосного и компрессорного оборудования;
• трубопроводов самых разных типов, от паропроводов и газопроводов до дренажных трубок и масляного контура генераторных установок;
• различных передаточных механизмов, автомобильных двигателей и т.д.

Применение видеоэндоскопа для профилактических осмотров, диагностики и дистанционного ВИК избавляет от необходимости производить демонтаж (а затем – и повторную сборку), на длительное время останавливать эксплуатацию, тратить огромное количество времени и денег. На рынке РФ представлен большой выбор технических эндоскопов разных ценовых сегментов, от бюджетных моделей стоимостью до 100 000,00 рублей до профессиональных моделей стоимостью до 2,5-3,0 млн рублей. И это в любом случае выгоднее, нежели многомиллионные убытки из-за длительного простоя газотурбинной установки, паровой турбины или циркуляционного насоса на каком-нибудь конвейерном производстве. Особенно если учесть, что многие предприятия (например, российское представительство General Optics) предоставляет услуги выездной диагностики и телеинспекции: на объект заказчика приезжает специалист с видеоэндоскопом, сменными зондами и прочими аксессуарами. Так что для разовых задач можно обойтись даже без покупки прибора.

Наибольшим спросом в России пользуются видеоэндоскопы следующих брендов:

• jProbe (модели IQ, VJ-PRO, PX expert, VJ-ADV, PX, GX, MX, ST, NT и другие),
• viZaar (серия INVIZ),
• eVIT (модели FS FHD, TX, FS, LP, MS и другие),
• Olympus (серия IPLEX),
• GE (Mentor Visual iQ).

Как видим, выбирать есть из чего: достойные по качеству приборы выпускаются в Японии, Германии, Тайвани и других странах.

Основные функциональные части современных видеоэндоскопов​

Видеоэндоскоп представляет собой комплекс технических средств - функциональных частей.

• Базовый блок с дисплеем, клавиатурой и разъёмами. Электронный блок осуществляет запись фото- и видео, позволяет управлять их настройками, обеспечивает управление артикуляцией зондом, подавление шумов, сохранение файлов, вывод изображения на внешние мониторы и пр. Помимо клавиатуры и джойстика (см. ниже), важный элемент управления - процесс и его "прошивка": программное обеспечение (ПО) и пользовательский интерфейс. От того, насколько тщательно он продуман, зависит удобство доступа к настройкам и опциям (см. ниже). У разных разработчиков есть свои алгоритмы математической обработки изображения для снижения помех и шумов. Корпусы современных видеоэндоскопов изготавливаются из алюминия и ударопрочного пластика (углепластика), часто с эластомерными бамперами для дополнительной защиты от механических повреждений. Изображение с камер в режиме реального времени отображается на цветном экране либо сенсорном дисплее. Последний вариант реализован во многих современных моделях, причём в этом случае сенсорные дисплеи адаптированы к работе даже в перчатках. Диагональ экрана должна быть достаточно большой, чтобы изображение получалось по возможности крупнее. Общее разрешение экрана видеоэндоскопа обычно варьируется от 440 000 до 1 200 000 px. Если прибор поддерживает измерительный режим, то лучше выбрать модель с высоким разрешением. С другой стороны, слишком большой экран может привести к ускоренному расходу заряда аккумулятора. Для автономного питания в видеоэндоскопах используются литий-ионные аккумуляторы. Файлы могут сохраняться на SD-карту и/или на встроенный твердотельный накопитель - жёсткий диск (SSD). Ещё один важный атрибут корпуса видеоэндоскопа - разъёмы. В современных видеоэндоскопах их предусмотрено несколько: USB 3.0 (Type-C), HDMI (Analog Out), PAL/NTSC и др. Наиболее продвинутые модели поддерживают беспроводную передачу данных посредством Wi-Fi.
• Встроенный в корпус базового блока джойстик и/или внешний пульт управления. Непосредственно за артикуляцию дистальной части зонда отвечает встроенный компрессор либо сервоприводы, но некоторые модели можно подключать и к внешней подаче сжатого воздуха. Стандартом для современных видеоэндоскопов является возможности артикуляции в двух плоскостях и четырёх направлениях, в диапазоне углов от 160 до 360 градусов.
• Сменные зонды. Большинство современных видеоэндоскопов может работать с зондами разных диаметров (чаще всего до 25 мм) и длин (1-10 м, в редких случаях - до 20 м). Зонды имеют многослойную оплётку из вольфрама, стали, композитов, полимеров и пр. Она оберегает зонд от агрессивных сред (вода, масло, иные технические жидкости), от механических воздействий (трения, скручивания, зацепов), перегрева. За это, в частности, отвечает температурный датчик, встроенный в головку камеры. Разъёмы для подключения зондов стараются делать как можно более влагостойкими. В зондах может использоваться одна или две камеры. Во втором случае речь идёт о стереоскопических парах, которые применяются для измерения линейных размеров. Вместе с зондами примеряются адаптеры для обеспечения заданного угла поля обзора (например, 70, 90 или 110 градусов), жёсткие и гибкие направляющие для управления траекторией зонда, а также центраторы, проталкивающие устройства и пр. В зависимости от требований к углу поля обзора, для зондов могут также использоваться ближнефокусные и дальнефокусные объективы.

Учитывая, что оптика требует бережного обращения, транспортировка приборов и аксессуаров осуществляется в ударопрочных кейсах.

Оптика современных видеоэндоскопов​

Камеры располагаются в дистальной части зондов. Зонды, помимо своей гибкости, отличаются высокой прочностью. Многослойные оплётки с применением стали, алюминия, углеволокна, карбона, полимеров, вольфрама, композитов и других современных материалов выдерживают постоянный контакт с водой, маслами, грязью, прочими агрессивными средами. Для защиты самой камеры часто предусматривается стальной наконечник с сапфировым стеклом.

Используемые с видеоэндоскопами волоконно-оптические световоды представляют собой тонкие стеклянные светопроводящие волокна сечением всего 9-30 мкм (0,009-0,03 мм). Каждый такой световод покрыт слоем стекла толщиной 1-2 мкм (0,001-0,002 мм) с низким коэффициентом преломления. На границе раздела волокно-покрытие свет, который входит в это самое волокно, полностью отражается - и проходит по световоду с минимальным ослаблением. Чем длиннее зонд - тем больше отражений света в нём происходит и тем существеннее ослабевает сигнал. Коэффициент пропускания световода зависит от конкретного материала и обычно составляет 40-50% на 1 м длины. Отдельные световоды укладывают в жгут и наносят на него многослойную оплётку для защиты от внешних воздействий.

Для более эффективной светопередачи в волоконных световодах предусматривается собственная осветительная система. Источником "холодного" света выступает регулируемая LED-подсветка. У хороших зондов для видеоэндоскопа засветка контролируемого объекта выполняется равномерно и не допускает перегрева самого световода. Этому также способствует встроенный тепловой фильтр.

Ещё одна важная характеристика оптики - направление визирования. В зависимости от подключённого к видеоэндоскопу зонда существуют следующие типы углового поля зрения.

• Прямонаправленный (прямой) обзор - прямое, то есть торцевое наблюдение с угловым полем зрения около 45 градусов. Используется, например, для осмотра глухих отверстий, каналов, штуцеров.
• Косоприцельный вперёд обзор - с наклонным вперёд углом визирования 25 и 45 градусов. Подходит, например, для осмотра сварных швов в торце.
• Боковой обзор - с углом визирования 90 градусов. Применяется для более детального осмотра стенок контролируемого объекта, например, углублённых отверстий и теплообменных трубок.
• Ретроспективный обзор - для наклонного наблюдения назад на угол 135 градусов для осмотра задних торцовых стенок, отверстий с внутренними уступами и пр.
• Панорамный (или кольцевой) обзор - для оперативной инспекции всей цилиндрической поверхности сразу по всему диаметру. Угловая ширина - 30 градусов по всей окружности контролируемых отверстий и полостей.

Качество не хуже HD и Full HD фото (чаще всего в *jpeg, *jpg, *bmp и других форматах) и видеозаписи (*avi, *mpg) давно является стандартом для профессиональных видеоэндоскопов. В зависимости от требований к чёткости и детализации изображений достаточным может оказаться разрешение 1920x1080, 1920x720, а то и 640x480 пикселей. Разрешение определяется не только и столько разрешением камеры, сколько характеристиками ПЗС-матрицы и процессора, которые преобразуют световые сигналы в видимое изображение на экране базового блока.

Разрешение камеры не стоит путать с разрешением встроенного в базовый блок дисплея, на который выводится изображение. В большинстве случаев это цветные LCD- или TFT-экраны. Дополнительно к этому во многих современных видеоэндоскопах предусмотрен интерфейс HDMI для вывода изображения на большой внешний монитор.

Функционал управляемых видеоэндоскопов​

Набор опций различается в зависимости от стоимости. Наиболее продвинутые в техническом плане и, соответственно, более дорогостоящие приборы предоставляют оператору массу возможностей. Например:

• дистанционно регулировать фокусное расстояние;
• повышать резкость изображений, уменьшая влияние помех и шумов;
• регулировать яркость изображения, насыщенность цветов, контрастность;
• плавно регулировать яркость подсветки зонда;
• измерять линейные размеры и площадь. У наиболее продвинутых приборов доступно измерение линейных размеров, расстояний между точками, длины изогнутых линий, площади дефектов, высоты, глубины, диаметров и пр. Видеоэндоскоп IPLEX TV, например, поддерживает технологии 3D-моделирования. В модели другой марки, eVIX MS, реализована технология Matrix Measurements, которая позволяет компенсировать погрешности, связанные с позиционированием зонда. Одним словом, благодаря развитию оптики, софта и цифровых технологий в целом, топовые производители могут предложить массу полезных опций для более производительной телеинспекции;
• инвертировать изображение из позитива в негатив и наоборот;
• увеличивать картинку;
• «замораживать» изображение (использовать так называемый стоп-кадр);
• сравнивать текущее изображение с записанным ранее. Непосредственно на видеоэндоскопе можно посмотреть старые файлы и наглядно отследить динамику развития дефектов, изменения в положении деталей, скопление отложений и прочие процессы;
• зеркально отражать и вращать картинку;
• использовать так называемый захват изображения (фото и/или видео) – для повторного просмотра;
• добавлять текстовые и голосовые комментарии. В первом случае может быть также доступен выбор цвета для шрифта;
• создавать персональные учётные записи для каждого пользователя и сохранять индивидуальные параметры настроек по каждой из них;
• распределять файлы по папкам и подразделам, переименовывать, удалять, перемещать их, запускать слайд-шоу для полноэкранного просмотра фото и т.д.

Всё это стало возможным благодаря умным математическим алгоритмам, реализованным в видеоэндоскопах. Причём многие параметры (к примеру, баланс белого и экспозиция) могут настраиваться автоматически.

Кроме того, ко многим из них прилагается профессиональный софт для персональных компьютеров (ПК). Программное обеспечение для десктопов позволяет менять настройки съёмки, экспортировать файлы, обрабатывать изображения, вести архив проектов и т.д. И в ПО, и в самих устройствах заложены обширные возможности для группирования файлов, переименования, сортировки, удаления. Рабочие файлы записываются на SD-карту, могут передаваться по проводным и беспроводным соединениям на ПК.

Уход за видеоэндоскопами​

Большинство неисправностей видеоэндоскопов связано с механическими повреждениями оптики, разрывом звеньев дистальной части и тросов артикуляции, а также изнашиванием оплётки зондов и попаданием жидкости внутрь базового блока и оптики. Продлить срок службы и уберечь прибор от поломок может грамотная эксплуатация и внимательность оператора. Так, управлять артикуляцией дистальной частью зонда можно только после его полного распрямления, без каких-либо перегибов и перекрутов. С самой дистальной частью следует обходиться очень бережно, не допускать ударов о посторонние поверхности, не трогать их грязными руками, дабы не оставлять жирных следов, не совершать резких рывков и пр. После работы в условиях повышенной влажности нужно насухо протереть зонд и сам видеоэндоскоп чистой ветошью и оставить его в открытом кейсе для полного испарения остатков влаги. Ветошь должна быть мягкой, желательно безворсовой - отлично подходит специальная ткань для очистки зеркал. Собственно, жидкость для мытья стёкол, наряду с тёплым мыльным раствором, применяется и для ухода за зондами и базовым блоком.

Техническому обслуживанию технических эндоскопов посвящён отдельный текст на "Дефектоскопист.ру".

Какой видеоэндоскоп выбрать​

Отталкиваться, как всегда, нужно от объекта. А точнее – от тех его частей, узлов и механизмов, которые подлежат осмотру. Расстояние до них? Освещённость в рабочей зоне? Температура? Какие среды (воды, грязи, масла)? Величина зазоров, через которые предстоит проталкивать зонд? На какие типы дефектов (повреждений) будет направлен поиск? Какие требования к отчётам по результатам диагностики? В каком виде нужно передавать фото и видео? Сначала – ответы на эти вопросы, а уже после – разговор о цене и изучение технических характеристик.

После того, задачи и условия проведения телеинспекции определены, при подборе видеоэндоскопа учитывают следующие параметры:

• возможность использовать разные зонды (у самых бюджетных моделей её может и не быть);
• длина и диаметр сменных зондов. Длина может составлять менее 1 м, а может достигать 120 м и более (но это уже, скорее, относится к системам телеинспекции). Для большинства профессиональных видеоэндоскопов обычно используются зонды длиной от 1 до 30 м. Диаметр можно подобрать очень скромный (в пределах 2,4 мм) либо, если позволяет контроледоступность, до 15 мм (у систем телеинспекции - до 50-70 мм). Ещё одна важная характеристика зондов – подсветка. У большинства современных видеоэндоскопов предусмотрена регулируемая LED-подсветка, как наиболее экономичная и надёжная;
• качество съёмки. Мы уже сказали об этом выше. У бюджетных моделей разрешение в пределах 350 000 пикселей. Большинство профессиональных устройств среднего ценового сегмента имеют 400 000–500 000 пикселей. У самых дорогостоящих приборов этот параметр переваливает за 2 млн пикселей. Чем чётче картинка, тем проще «расшифровка» увиденного. Тем легче выявлять проблемные участки, оценивать состояние снятых деталей. Тем сложнее перепутать, допустим, какой-нибудь поверхностный дефект и банальное загрязнение;
• метрологическое обеспечение. Не все, но многие видеоэндоскопы с поддержкой измерительных функций утверждены в качестве средства измерений (СИ), внесены в Государственный реестр СИ РФ и подлежат поверке или калибровке минимум 1 раз в год. По состоянию на август 2023 года во ФГИС "Аршин" числится 12 записей об измерительных видеоэндоскопах и 16 записей об эндоскопах разных марок - jProbe, Olympus, Waygate Technologies, viZaar и других брендов. Наличие свидетельства или сертификата о поверке либо калибровке расширяет перечень задач по визуальному и измерительному контролю на ОПО, для решения которых можно применять тот или иной видеоэндоскоп;
• диапазон увеличения. В современных видеоэндоскопов обычно предусматривают цифровой зум с диапазоном увеличения до 5 крат. Гораздо более важная функция - возможность удалённо управлять фокусировкой камеры. Это может избавить от необходимости использовать дополнительные адаптеры, которые, к сожалению, порой приводят к искажению изображения и потере чёткости;
• артикуляция. Сервоприводы в современных моделях позволяют управлять дистальным концом в 4-х направлениях. У некоторых доступен поворот наконечника на 180˚ или даже на 360˚. Для удобного управления не менее важна скорость отклика на команды оператора. Чем быстрее привод реагирует на манипуляции с джойстиком (или клавиатурой), тем лучше;
• потребность в измерительных функциях. Как мы отметили выше, для использования измерительного режима видеоэндоскоп не обязательно подлежит метрологической аттестации. Для многих менее ответственных задач можно обойтись без этого. Но если он будет применяться на ОПО и по результатам его измерений будет составляться отчётно-исполнительная документация (заключения, акты, протоколы), то, возможно, стоит сделать выбор в пользу модели, внесённой в Госреестр СИ РФ;
• диагональ и разрешение дисплея для экспресс-просмотра. Чаще всего это LCD- или TFT-экраны. Диагональ может составлять скромные 3 дюйма и достигать внушительных 7, 10.4 дюймов и более. Прибор jProbe PX Plus, например, оснащён сенсорным дисплеем, что вкупе с «горячими» клавишами делает управление ещё проще;
• возможность записи голосовых комментариев. У одних видеоэндоскопов есть разъём для проводного микрофона, с другими можно использовать гарнитуру через Bluetooth;
• удобство развёртывания и сматывания кабеля. К некоторым моделям прилагается барабан с датчиком длины;
• объём памяти SD-карты. С учётом разрешения съёмки – 32 Гбайт вполне достаточно.
• наличие портов для подключения внешних устройств и экспорта данных (HDMI, USB, DisplayPort, VGA, S-Videoб PAL/NTSC и другие);
• эргономичность корпуса. Имеется в виду не только удобство его исполнения, но и класс прочности, пыле- и влагостойкости. Класс IP67 указывает на то, что прибор справляется даже с самыми тяжёлыми условиями эксплуатации;
• ёмкость аккумулятора. Видеоэндоскоп – прибор переносной. Чем мощнее АКБ, тем дольше он может работать без подзарядки. Встречаются аккумуляторы никель-металлгидридные (например, у INVIZ VUMAN E3) и литий-ионные (eVIT LP). Не будем погружаться в преимущества и недостатки NiMH и Li-ion, но последний вариант распространён больше. Продолжительность автономной работы, заявляемая производителями, обычно варьируется от 3 до 8 часов, но это всё очень условно. В некоторых приборах, например, доступен турбо-режим подсветки – если часто его использовать, то любая батарея подсядет довольно быстро;
• комплектация. Что вы получаете за указанную стоимость видеоэндоскопа? В одном случае вам достаётся полный набор аксессуаров, включая центрирующие устройства, насадки, специальные адаптеры для бокового обзора, проталкивающие приспособления, сменный аккумулятор и т.д. В другом – базовый комплект очень скромный, и за каждый дополнительный инструмент приходится доплачивать.

В помощь специалистам, которые озадачены покупкой и эксплуатацией видеоэндоскопов – на форуме «Дефектоскопист.ру» работает раздел «Визуальный и измерительный контроль», где можно задать любой вопрос по этой теме.

Где купить промышленный видеоэндоскоп​

Приобрести хороший видеоэндоскоп для визуального и измерительного контроля и технической диагностики можно у следующих производителей и дистрибьюторов – спонсоров проекта «Дефектоскопист.ру».