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工業內窺鏡在工業領域中應用的初步調研

2011-05-12

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一、目視檢測

目視檢測是無損檢測的重要方法之一。它僅指用人的眼睛或借助于光學儀器對工業產品表面作觀察或測量的一種檢測方法，典型的是將目視檢測限制在電磁譜的可見光范圍之內。

目視檢測可分為直接目視檢測和間接目視檢測兩種檢測技術。直接目視檢測是指直接用人眼或使用放大倍數為6倍以下的放大鏡對試件進行檢測。間接目視檢測是指對無法直接進行觀察的區域，借助各種光學儀器或設備進行直接觀察，如使用反光鏡、望遠鏡、工業內窺鏡、光導纖維或其他合適的儀器進行檢測。

二、內窺鏡檢測

  目視檢測的儀器種類繁多，工業內窺鏡是其中之一。內窺鏡的檢測早是用于人體的醫學檢查，20世紀50年代開始逐漸進入工業檢測領域，并出現專門的工業內窺鏡。國內在20世紀70~80年代開始從國外引進工業內窺鏡產品，主要用于航空航天產品內部多余物控制及一些零部件的質量檢查。近年來，國內內窺鏡檢測己進入了實用階段，越來越多地運用于產品生產質量的控制，并發展成為一項專用的檢測手段。

內窺鏡檢測是近年來隨著內窺鏡生產制造技術的發展而逐漸得到廣泛應用的一項檢測技術。內窺鏡檢測需要使用工業內窺鏡（簡稱內窺鏡）作為檢測工具，工業內窺鏡是為了滿足工業復雜使用環境要求而專業設計生產的。根據制造工世特點，我們一般把內窺鏡分為直桿鏡、光纖鏡、視頻鏡三種類型。三種類型的性能比較見表一：
表一：三種類型內窺鏡性能比較
  直桿鏡 光纖維 視頻鏡
結構特點 簡單 簡單 復雜
功能 少 少 多
彎曲度 不可彎曲 可彎曲 可彎曲
成像效果 好 受光纖數量的影響，有蜂窩現象 好
成像原理 光學成像 光學成像 CCD數字成像
圖像信號 光學信號 光學信號 電子信號
圖像傳遞介質 玻璃透鏡 柔性光導纖維 電線
耐用性 好 差 較好
可換鏡頭 不可換 可換 多種鏡頭互換
可視角度 一般在0°～90° 0° 在0°～90°
探頭小直徑 在1mm以下 在1mm以下 一般在4mm以上
探頭長度 一般較短，小于500mm。有些可以采用多桿組接，長度可達10m 較長，一般在
1～2m 很長，可達20m
耐用性 較好 差 很好
測量功能 無法進行 無法進行 可使用測量探頭對長度深度進行直接測量
圖像存儲處理 后裝圖像采集系統 可后裝圖像采集系統 可直接進行圖像存儲處理
產品價格 低 較高 很高

三、內窺鏡選用

內窺鏡的種類較多，不同種類內窺鏡適用范圍不同。除了要考慮內窺鏡的類型外，在具體選用時還需要考慮探頭直徑、長度、可視方向、焦距等技術指標，同時由于內窺鏡的使用環境復雜，需要考慮其防水、防油、耐腐蝕、耐磨等性能。通常要根據具體的檢測對象位置及要求來確定使用內窺鏡的種類，至少要考慮檢測的位置、方向、小分辨率要求、通路、測量記錄等，復雜產品往往要求使用多種型號配合使用。通常我們認為：直桿鏡使用方便、耐用、成像效果好，多用于不需要彎曲，檢測范圍在500mm以內的產品，適用于直孔的檢測。視頻鏡功能多，使用靈活，可靠性高，適用性廣，適用于各種內部結構復雜的產品或需要進行定量檢測、對比分析的場合，但由于制造技術的原因，探頭上的CCD芯片不可能造得很小，使探頭直徑難以小于4mm。視頻鏡可取代直桿鏡、光纖鏡使用。光纖鏡易損壞，使用壽命短，且清晰度較差，成像效果及彎曲性能遠遜于視頻鏡，但其直徑可以制造的很細，多用于內徑4mm以下，視頻內窺鏡無法檢測的產品。

四、影響內窺鏡檢測的主要因素

影響內窺鏡檢測的主要因素有：

1. 照明條件。內窺鏡檢測大多使用內窺鏡自帶光源進行照明。一般條件下，要求內窺鏡檢測照明光源色溫不低于5600K，照明強度不低于2600lm。

2. 探頭位置與角度。通常在距離檢測區域5~25mm范圍內觀察圖像的效果更好 ，因此往往需要內窺鏡探頭盡量靠近觀測點。探頭與觀察物平面在45゜~90゜范圍內都可以達到較好的觀察效果，在實際工作中是通過反復改變探頭與觀察點的位置與角度找到合適的觀察位置，并獲得更佳的檢測效果。

3. 通道。選擇通道時應盡量靠近需要檢測位置，選擇進入長度短的通道，盡量減少探頭需要彎曲的次數及程度；首先考慮由上到下，由高到低的通道；優先選擇寬闊的通道；推薦使用工裝，保證探頭在產品通道中的正確方向；應采用邊觀察邊通過的方法在通道中行進。

4. 圖像的畸變。通過透鏡觀察物體產生的變形現象，隨著從透鏡中心到邊緣距離的增大，圖像發生畸變。圖像的畸變會對缺陷的判斷及測量產生影響。直桿鏡、光纖鏡觀察時圖像的畸變較大，視頻內窺鏡可通過計算機進行較正。

5. 分辨率、放大倍數、可檢測小缺陷。這些都是內窺鏡自身的技術指標，可直接影響到探測的結果。

6. 物體表面的反射率。不同的物體表面有不同的反射率，和物體的材料和表面的粗糙程度都有關系。因此，實際檢測時應該根據具體的情況選擇內窺鏡照明的強度以便得到清晰有用的結果。

五、內窺鏡工業領域中的應用

在QJ2859—1996《工業內窺鏡操作使用方法與判定規則》中給出了工業內窺鏡的檢測范圍：

（1）內腔檢查。檢查表面裂紋、起皮、拉線、劃痕、凹坑、凸起、斑點、腐蝕等缺陷。
（2）焊縫表面缺陷檢查。檢查焊縫表面裂紋、未焊透及焊漏等。
（3）裝配檢查。當有要求和需要時，使用內窺鏡對裝配質量進行檢查；裝配或某一工序完成后，檢查各零、部組件裝配位置是否符合圖樣或技術條件的要求；是否存在裝配缺陷。
（4）狀態檢查。當某些產品（如蝸輪泵、發動機等）工作后，按技術要求規定的項目進行內窺檢測。
（5）多余物檢查。檢查產品內腔殘余內屑，外來物等多余物。
（6）尺寸測量。對需要進行測量的尺寸，可用測量探頭進行測量。

六、內窺鏡檢查與判定規則

（1）裂紋。當光束照射被檢測物表面，觀察到黑色或者亮色線條，且在一定的放大倍數下，線條有不規則邊緣時，判定為裂紋。當裂紋較寬時，可測量探頭的測量影響線會發生彎折。

（2）起皮。當光束平行照射時，觀察到在凸起部分背后有陰影；改變光束照射角度，則觀察到表面凸起部分與周圍被檢測物有明顯分界線，判定為起皮。

（3）拉線和劃痕。在光束照射下，觀察到表面存在較規則的連續長線，判定為拉線。

（4）凹坑凸起。光束以一定角度照射時，與周圍被檢物邊界連接，無分界線。離光源近的部分有陰影，離光源遠的地方有亮影，為凹坑。光束以一定角度照射時，與周圍被檢物邊界連接，無分界線。凸起部分有亮影，且背后陰影為凹坑。當凹坑較深或凸起較高時，可測量探頭的測量線會發生彎折。

（5）斑點。在光束照射時，觀察到與周圍被檢物色澤不同的光滑無凹凸表面為斑點。

（6）腐蝕。光束照射下，觀察到塊狀、點狀不光滑表面，在一定放大倍數下輕微凹凸不平為腐蝕。

（7）未焊透。觀察到熔化金屬與母材、焊縫層間有明顯的分界線。

（8）焊漏。光束以一定角度照射時，觀察到與熔化金屬相連，無分界線的凸起時為焊漏。

（9）多余物。光束以任意角度照射時，存在與周圍基本被檢物顏色、亮度有差異的結構以外的物體為多余物。

（10）裝配缺陷。檢測時觀測到不符合圖樣技術條件的結構現象。

（11）尺寸測量。在有要求時可用測量探頭測量形位尺寸。

七、國外目視檢測標準情況

    國外對目視檢測技術及相關標準的研究制訂工作進行得比較全面，應用也比較廣泛。尤其在歐美等科技發達國家對目視檢測標準研究與制訂已達到較高的水平。目前美國的ASME標準、法國的RCC—M標準、英國的BSEN標準等都有目視檢測方法的具體內容，并形成不同的標準化體系。
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