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日本奧林巴斯工業(yè)內窺鏡無損檢測診斷特點

閱讀：1245 發(fā)布時間：2020-4-9

使用工業(yè)內窺鏡對產(chǎn)品內部進行遠距離目視檢查（Remote Visual Inspection RVI),做為有效保證產(chǎn)品質量的無損檢測手段之一,，目前已廣泛應用于航空,、航天、能源,、電力,、兵器工業(yè),、汽車制造、建筑等領域,。工業(yè)內窺鏡是對產(chǎn)品內部遠距離檢查和人眼延伸的工具,。在產(chǎn)品質量檢查過程中，當人眼無法觀察到的缺陷,，可通過內窺鏡的插入,，來實現(xiàn)對缺陷的觀察和判斷（例如：用內窺鏡來檢查飛機發(fā)動機葉片，或檢查飛機發(fā)動機油路管道中的多余物,、焊縫,、裂紋、銹蝕等）,，工業(yè)內窺鏡一般和光源組合起來使用,，才組成一個完整的系統(tǒng)。

內窺鏡早應用于醫(yī)學領域,，早在十九世紀,，就有人制造出用鏡子通過細管反射燭光的原始內窺鏡，它允許醫(yī)生直觀的觀察病人身體內部,。早應用于工業(yè)的內窺鏡是用于檢查槍膛和炮筒,，因此稱為管道鏡。原理很簡單,，由一個空心管子和鏡子組成,，第二代內窺鏡由目鏡、傳送圖象的一組透鏡,、物鏡組成，即早的硬桿鏡,，同第1代的鏡子比較,，圖象質量得到大大的提高，但由于不能彎曲,，只能直線觀察,。

隨著纖維光學的發(fā)展，纖維鏡很快發(fā)展起來,，很多醫(yī)學研究者開始用纖維纜（束）傳送光學圖象,。臺柔性、可拐彎的光纖內窺鏡是由日本奧林巴斯光學儀器廠在一九五零年*發(fā)明的,，它是應用在醫(yī)院的腸胃檢查上,，因此奧林巴斯已成為內窺鏡的始組。后來,，無損工作者開始把光纖內窺鏡應用于機器內部檢查,。

因為光纖鏡直徑和光纖根數(shù)的限制,，光纖鏡不如硬性鏡的圖象清晰，但它開辟了對不可見領域的遙視視覺檢查的新領域,。雖然直桿硬性鏡仍在使用,，但纖維鏡可解決更多的工業(yè)難題，它檢測機器內部可免除拆卸,，大大的提高了工作效率,，降低了檢測成本，并可應用于機器的例行保養(yǎng)中,。

不管直桿內窺鏡,、光纖內窺鏡都在目鏡端用眼睛觀察，由于長時間的觀察容易造成眼睛疲勞,，一些開發(fā)商就在光纖鏡的目鏡位置增加攝像機的方法來把圖象顯示在監(jiān)視器上?，F(xiàn)在直桿硬性鏡和光纖鏡仍采用此方法把圖象顯示在監(jiān)視器上。但由于它的笨重,、體積大,、連接繁瑣，逐漸被更小的圖象傳感器--即CCD所取代,，它是在1970年由貝爾實驗室研制出來的,，此器件可完成圖象的傳感、模擬信號的處理及信號存儲,。CCD技術開拓了一個視頻內窺鏡的新領域,。使得工業(yè)檢測中的小直徑、高清晰度圖象成為可能,。CCD依賴電纜線來傳送圖象,，CCD成像器可生成比纖維鏡更明亮、清晰度更高的圖象,，由于CCD芯片尺寸很小,，因此CCD芯片可放置在小直徑鏡頭的后端，從而可以穿越很小的孔徑,，它的先進的微電子技術,，可以使它象一臺*電視攝像機一樣，將圖象顯示在監(jiān)視器上,，并且可以把圖象記錄下來,。由于可用很小的尺寸來處理相當數(shù)量的信息，這些微小的芯片的普及從根本上改變了視覺領域,。CCD可以將高放大倍數(shù)的圖象顯示在監(jiān)視器上,，因此，可供多人同時觀察檢測結果，視頻圖象可使檢測者看到清晰的缺陷圖象,，并作出快速而準確的判斷,，CCD技術簡化了長距離檢測，也使圖象的計算機處理成為可能,。

工業(yè)內窺鏡（Industrial Endoscoopes）一般分為三大類：直桿硬性鏡（Borescopes）,光纖內窺鏡（Fiberscopes）,視頻內窺鏡(Videoscopes).

直桿硬性鏡是由一組透鏡來傳送圖象,，因此成象質量好，價格較便宜,，但長度有限,，不能彎曲；而光纖內窺鏡可以在一定彎曲角度的情況下使用,，相對直桿內窺鏡長度要長得多（長可做到6M）但由于受到物鏡與目鏡間連接的光導纖維束數(shù)量和光纖傳速率的限制,從目鏡處接CCD攝像頭后,，監(jiān)視器上的圖象清晰度一般，因此光纖鏡更適合目視觀察,，并且光導纖維在彎曲角度過大時易折斷,，使在目鏡上形成黑點。而視頻內窺鏡,，它是將微小CCD攝像頭直接置于探頭后端,，將光學信號轉換為電信號，用電纜線傳送圖象,，通過視頻控制器在屏幕上顯示或將圖象存在計算機里,因此,成像質量較高,，但受到CCD攝像頭尺寸的限制，目前,內窺鏡直徑小為5MM,，是由日本奧林巴斯光學儀器廠生產(chǎn)的,，長可作到30M--40M。

一九九七年,日本奧林巴斯光學儀器廠在視頻內窺鏡的基礎上,，推出了可測量視頻內窺鏡,，采用新的立體測量（雙鏡頭模擬人眼投影）技術，利用計算機進行視頻信號的采集和圖象處理,，能夠對所觀察的目標進行點—點長度測量（LENGTH）,，點—線寬度測量(LINE TO POINT)，點—面深度測量（DEPTH）,，三種測量模式，即三維測量,。準確度可達95%以上,，因此大大擴展了內窺鏡檢查在無損檢測領域中的應用范圍。

在進口內窺鏡中,，規(guī)格型號較全的應屬于日本奧林巴斯光學儀器廠生產(chǎn)的內窺鏡（直桿硬性鏡,、光纖內窺鏡、電子視頻內窺鏡、帶有三維測量功能的電子視頻內窺鏡,、帶有機械手的內窺鏡—可把管道中的多余物取出來）,，直徑從0.64MM——36MM，長度從0.2M——30M,，有上百個規(guī)格,、型號。其品種的多樣性,、產(chǎn)品的先進性,、可任意組合性、質量的穩(wěn)定性,，受到國內外無損檢測專家的*,。奧林巴斯已獲得ISO9001質量體系任證及CE歐共體產(chǎn)品質量任證，并獲得GE,、普惠,、羅·羅、CFMI,、波音,、美國空軍和民航系統(tǒng)的任證。

工業(yè)內窺鏡無損檢測原理和組成（以奧林巴斯內窺鏡為例）

一,、直桿內窺鏡

直桿內窺鏡結構及原理:利用一組自聚焦棒型透鏡來傳送圖象,，利用光導纖維來實現(xiàn)光源的傳送，在自聚焦棒型透鏡的兩端增加一個物鏡和一個目鏡,，從而形成了一個直桿內窺鏡,，可通過目鏡直接觀察，外層為不銹鋼管,。

主要檢查:直接對正（不需要拐彎）,，而插入深度較淺的位置.例如：狹窄直徑的孔洞及筆直的管道內部，不需要拐彎的鑄模件小孔,，液壓裝置及噴嘴內部,，飛機發(fā)動機葉片，槍管,、炮管等,。在目鏡上接上攝像頭，就可在監(jiān)視器上顯示圖象,。

特點：圖像清晰,，在目鏡上可獲得高質量的圖象，人性化操作手柄,，側視鏡頭可370°旋轉,。

基本配置：直桿內窺鏡+光源，可實現(xiàn)基本的目視（眼睛）觀察。

選配件：直桿內窺鏡接口,，CCD攝像頭,，工業(yè)級監(jiān)視器

直桿內窺鏡分類：

1.超細直桿硬性鏡（直徑1.2MM---2.7MM） (長度96MM---188MM)

2.一般直桿內窺鏡（直徑4.1MM---16.1MM）

== (長度330MM---1440MM)

3.視野角可變直桿內窺鏡（45°---115°）

(直徑6MM，8MM）

(長度21MM---1440MM)

二,、光纖內窺鏡

光纖內窺鏡的結構和原理:通過高品質的光導纖維束來傳送圖象,，使用另外一組光導纖維束來實現(xiàn)光源的傳送，在光導纖維束的兩端增加一個物鏡和一個目鏡及控制部分,從而形成了一個光纖內窺鏡,，可通過目鏡直接觀察,，內窺鏡外層采用金屬編織鎢套管。每一部光纖內窺鏡包括插入部（含有先端部,、彎曲部,、柔軟部），操作部（調校探頭角度的控制裝置）,，目鏡部,。

主要檢查：供/排水管道內部、汽車,、飛機發(fā)動機內部,、發(fā)動機油路管道、燃燒室,、電廠熱交換管,、冷凝管、管壁內部的焊縫/點檢查,，國防安檢及人眼不易抵達的地方,。

特點：采用高密度光導纖維束，提供既清晰明亮,，又是世界上高析像力的纖維圖象,，采用逐漸變軟的TF管（由目鏡到物鏡逐漸變軟，）以便于插入管道中打彎,，增強了內窺鏡的可插入性,，前端部分可四方向彎曲120°組合起來可實現(xiàn)360°觀察，探頭可換不同視野/向的探頭,，探頭防水,、防油。

基本配置：光纖內窺鏡+光源,，可實現(xiàn)基本的眼睛觀察功能,。

選配件：內窺鏡同CCD攝像頭的接口，CCD攝像頭,，工業(yè)監(jiān)視器,，抓取工具等。

光纖內窺鏡分類：

1．超細光纖鏡（直徑0.64MM）

（長490MM—990MM）

2．普通光纖鏡（直徑2.4MM—13MM）

（長600MM—6000MM）

二,、電子視頻鏡

電子視頻鏡結構及成像原理：把微小的CCD攝像頭直接置于物鏡后端,，通過CCD把光學信號轉換為電信號，用電纜來把信號傳送給控制器,，把圖象顯示在屏幕上,，利用光導纖維來實現(xiàn)光源的傳送。

內窺鏡外層采用金屬鎢編織網(wǎng),，且采用TF管（逐漸變軟管）方便插入并可把圖象存入計算機,，也可對圖象進行三維測量，含有便攜箱和充電系統(tǒng),，可不用交流電源在野外工作,，可配抓取工具（五種：腭魚夾，三爪夾,，磁鐵,，二線抓取物，四線抓取物）,，對管道中的多余物進行抓取,。因此，電子視頻鏡目前已是配置全,，功能多,，使用方便，圖象清晰度高的電子視頻鏡,。缺點：內窺鏡直徑無法小于5MM,，對于孔徑小于5MM的小孔無法觀察。

主要檢查：管道內表面,、汽車缸體內表面,、噴油嘴、飛機發(fā)動機葉片檢查,、發(fā)動機油路管檢查,、燃燒室、電廠熱交換管,、冷凝管,、管壁內部的焊縫/點檢查，國防安檢及人眼不易抵達的地方,。

特點：便攜性好,，清晰度高，色彩真實,，可對缺陷進行三維測量,，內含計算機,，可對圖象進行存儲，可同計算機相聯(lián)接,，是目前流行的一款內窺鏡,。內窺鏡防水/油，可存儲JPG格式的數(shù)字圖象及聲音注釋,，探頭可自動對焦,，光源可自動調節(jié)光源亮度。

電子視頻鏡基本配置：內窺鏡+光源+控制器+工業(yè)監(jiān)視器

選配件：DSM—2測量系統(tǒng),，測量探頭,，計算機，抓取工具等,。

電子視頻鏡分類：

1．不可測量的電子視頻鏡（內窺鏡,光源,控制器,，

監(jiān)視器，抓取工具）

2．可測量的電子視頻鏡(內窺鏡,光源,控制器,，監(jiān)視器,，DSM— 2三維測量及數(shù)字存儲系統(tǒng)，測量探頭,，抓取工具等)

三,、第七代便攜式、可測量立體,、數(shù)碼內窺鏡：

第七代便攜式可測量三維立體數(shù)碼內窺鏡,，通過連接立體測量探頭和頭戴立體監(jiān)視器來實現(xiàn)真正的三維立體觀察和三維立體測量，通過USB接口連接,，可實時的把內窺鏡的數(shù)據(jù)傳送給計算機,，也可在計算機上實時控制內窺鏡的操作。
輕巧的操作手柄僅有手機大?。▋H重160克）,，但卻擁有了所有操作功能，可以記錄圖像,、聲音,,，可定格圖象，圖像可3倍連續(xù)放大,，圖象連續(xù)數(shù)碼放大后*的旋轉盤功能,，放大后看不到的的部分可以找到，可中心復位,，而不需要左/右/上/下擺動,，探頭彎曲可鎖定，對圖象進行準確測量,，包括：長,、寬,、高、面積,、曲線,、曲面。手柄上還可以單手指電動360°環(huán)繞導向,，探頭端部彎曲150°以上，探頭轉動控制采用阻尼電動操作,，沒有滯后,。這種手柄設計（手柄，顯示器分離）與以往的產(chǎn)品相比,，輕巧,，多功能，易操作,，手柄可隨時拿在手上,，實現(xiàn)手柄的輕巧操作，不用顧慮因手柄太重而帶來的工作疲勞,。
內窺鏡采用TFT設計(由鏡子的端部到根部逐漸變硬設計,，可提高插入性，避免在管道中打彎),

外層采用金屬物編織,，提高了耐磨性,，探頭采用鈦合金，探頭端部采用1/6英寸彩色CCD攝像頭,，可自動對焦,，輸出的圖像為數(shù)字化真彩圖像，內窺鏡的工作溫度為 -25°--80°,，內窺鏡防水,、防油，內窺鏡上帶有標尺,，可知道內窺鏡深入腔體多少米,。

顯示器是5.6英寸高清晰度液晶便攜顯示器,亮度可調，視頻信號分辨率為500線以上,，配有遮光罩,即使您在陽光下,，也可實現(xiàn)輕松觀察,顯示器可以支在主機上,通過2級拉桿，高度可達1m,也可以固定在發(fā)動機上,方便工作,。另外,，廠家還可供用戶選配頭戴式背投顯示器，觀察效果相當于42英寸背投效果,，若與立體測量探頭一起使用可實現(xiàn)真正的三維立體觀察,。
光源為金屬鹵素燈,，輸出照度為3000流明以上，色溫為7000K,連續(xù)使用壽命為300小時以上,，亮度可自動調節(jié),在亮度不足的地方,，也可通過CCD自動/手動延時曝光來提高被測物的亮度。
缺陷的測量和存儲,，OLYMPUS測量采用仿生學的原理,，模仿人的兩只眼睛在缺陷上直接選點測量，而不需對陰影線,，避免因陰影線太粗而帶來的誤差,，可以測量長度，深度,，面積,，距離（點到線距離），曲線長度等,可自動找出凹面中低點的位置,。測量平均精度高達96%以上,；機器內置32M存儲卡，可存標準JPEG靜止圖像300幅,，也可記錄移動圖像1分鐘，通過USB接口可把內窺鏡上的數(shù)據(jù)傳送到計算機上或發(fā)送E-MAIL到計算機上,。