Increasing the Brightness of Industrial Videoscopes
소개
산업내시경은 검사자가 제트 엔진의 연소실과 같이 접근하기 어려운 영역 내부를 볼 수 있게 해주는 도구입니다. 산업내시경은 가공된 부품 내부를 검사하고 분해해야 할 필요가 있는 부품의 비파괴 유지 관리 검사를 통해 시간, 노동력 및 비용을 절감하는 등 광범위한 응용 분야에서 산업을 지원합니다. 산업내시경을 사용하면 연료 분사 밸브만큼 작거나 연료 탱크 또는 격납 용기만큼 큰 구성품까지 다양한 크기의 물체를 볼 수 있습니다.
과제
Olympus는 의료용 산업내시경에 사용되는 기술을 활용하여 산업 응용 분야 전용으로 설계된 산업내시경을 제조합니다. 산업용 산업내시경과 의료용 산업내시경의 주요 차이점은 다음과 같습니다.
- 의료용 산업내시경은 장기 안팎에서 사용되는 반면 산업내시경은 주로 금속 구성품에 사용되며 내구성이 우수해야 합니다.
- 각 검사 유형에 필요한 내시경 길이
- 검사 대상 개체 크기
1번 항목을 다루기 위해, 엔지니어들은 의료용 내시경에 사용되는 수지 기반 소재를 내구성이 강한 금속 소재로 대체하여 산업용 내시경이 긴 사용 수명을 갖도록 했습니다. 2번 항목의 경우, 가장 긴 의료용 내시경은 2.7m이며, 산업용 산업내시경 제품군 중 가장 긴 제품은 30m입니다. 3번 항목의 경우, 산업 응용 분야에서 종종 요구되는 큰 물체를 검사하기 위해서는 해당 영역을 비추는 매우 밝은 광원이 필요합니다. 광원이 이러한 검사에 필요한 강도를 지니고 있는지 확인하는 것은 매우 어렵습니다. 장기와 작은 부품은 기존 조명을 사용하여 관찰할 수 있지만, 탱크와 같은 넓은 공간에는 훨씬 더 밝은 광원이 필요합니다.
산업내시경은 작은 기기이며, 큰 램프는 설치할 수 없습니다. 예를 들어 외경이 6mm인 산업내시경에는 관찰 렌즈와 광원이 모두 설치되어야 합니다. 이 경우 광원의 너비는 최대 1mm까지 가능합니다. 더욱이, 큰 물체를 보기 위해 초광각 렌즈가 이따금씩 사용되며, 이미지 밝기가 균일하도록 빛이 적절하게 분산되어야 합니다.
광도는 조도 공식 /lx=E로 정의되므로 조도는 역제곱 법칙을 따릅니다.
역제곱 법칙이 조명에 미치는 영향을 고려할 때는 조명이 단일 지점 광원으로부터 완벽하고 균일하게 분산되는 것으로 가정합니다. 이러한 개념을 실제로 효과적으로 도입하는 것은 어렵고, 많은 엔지니어링이 필요합니다.
기존의 LED 광원에서는 광 가이드의 단면에 비례하여 밝은 지점이 커서 빛의 효율적인 입사 및 전도가 어려웠습니다.
솔루션
Olympus는 광학 시스템 설계 경험과 정밀 제조 기술을 활용하여 IPLEX NX 산업내시경용 초고휘도 조명 시스템을 탑재했습니다. 이를 위해 다음 두 가지 과제를 극복해야 했습니다.
- 매우 작지만 매우 밝은 광원을 개발하는 것
- 균일한 조명을 전달하는 유리 금형 렌즈를 제작하는 것
새로운 광원을 개발하면서 기존 산업내시경의 LED 시스템을 강력한 레이저 다이오드로 교체하여 조도를 증가시키면서 필요한 공간을 줄일 수 있었습니다. 또한 지름 약 1mm의 광 가이드에 빛을 효율적으로 집중시키기 위해 레이저 다이오드와 광 가이드 사이에 마이크로 렌즈를 장착하여 조명 초점의 효율을 3배 이상 높였습니다.
균일한 조명을 만들기 위해 확산 광 각도는 렌즈의 시야각에 따라 설정됩니다. 이전에는 덮개 유리 뒷면에 볼 글래스 렌즈를 사용하여 굴절률이 큰 확산 조명을 연출했습니다. 그러나 이 방식은 볼 유리 렌즈의 모양과 발광 방향에서의 큰 손실로 인해 불규칙한 반사와 굴절이 발생했습니다.
IPLEX NX 산업내시경은 볼 렌즈를 정밀 기술로 제작한 유리 금형 렌즈로 대체하여 보다 효율적인 조명을 제공합니다. 이는 발광 효율을 기존 방식의 두 배로 증가시켰습니다.
유리 금형 렌즈의 확대 사진
이러한 기술적 개선의 결과로 기존 산업내시경에 비해 IPLEX NX 산업내시경의 광도가 5배 향상되었습니다. 이렇게 매우 밝은 조명을 통해 선명하고 밝은 이미지를 얻을 수 있기에 저장 탱크와 같은 큰 물체를 보다 쉽게 검사할 수 있습니다. 증가된 밝기가 미세한 결함을 찾는 데 도움을 줍니다.
결론
Olympus의 산업내시경은 당사 광학 제조 전문지식의 산물입니다. 당사는 변화하는 산업 검사의 요구에 부응하기 위해 새로운 기술을 계속 혁신할 것입니다.
