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日本奥林巴斯 工业内窥镜无损检测诊断特点

时间:2020-04-09 点击次数:254

        使用工业内窥镜对产品内部进行远距离目视检查(Remote Visual Inspection RVI),做为有效保证产品质量的无损检测手段之一, 目前已广泛应用于航空、航天、能源、电力、兵器工业、汽车制造、建筑等领域。工业内窥镜是对产品内部远距离检查和人眼延伸的工具。在产品质量检查过程中,当人眼无法观察到的缺陷,可通过内窥镜的插入,来实现对缺陷的观察和判断(例如:用内窥镜来检查飞机发动机叶片,或检查飞机发动机油路管道中的多余物、焊缝、裂纹、锈蚀等),工业内窥镜一般和光源组合起来使用,才组成一个完整的系统。

      内窥镜早应用于医学领域,早在十九世纪,就有人制造出用镜子通过细管反射烛光的原始内窥镜,它允许医生直观的观察病人身体内部。早应用于工业的内窥镜是用于检查枪膛和炮筒,因此称为管道镜。原理很简单,由一个空心管子和镜子组成,第二代内窥镜由目镜、传送图象的一组透镜、物镜组成,即早的硬杆镜,同第1代的镜子比较,图象质量得到大大的提高,但由于不能弯曲,只能直线观察。

     随着纤维光学的发展,纤维镜很快发展起来,很多医学研究者开始用纤维缆(束)传送光学图象。台柔性、可拐弯的光纤内窥镜是由日本奥林巴斯光学仪器厂在一九五零年首次发明的,它是应用在医院的肠胃检查上,因此奥林巴斯已成为内窥镜的始组。后来,无损工作者开始把光纤内窥镜应用于机器内部检查。

      因为光纤镜直径和光纤根数的限制,光纤镜不如硬性镜的图象清晰,但它开辟了对不可见领域的遥视视觉检查的新领域。虽然直杆硬性镜仍在使用,但纤维镜可解决更多的工业难题,它检测机器内部可免除拆卸,大大的提高了工作效率,降低了检测成本,并可应用于机器的例行保养中。

    不管直杆内窥镜、光纤内窥镜都在目镜端用眼睛观察,由于长时间的观察容易造成眼睛疲劳,一些开发商就在光纤镜的目镜位置增加摄像机的方法来把图象显示在监视器上。现在直杆硬性镜和光纤镜仍采用此方法把图象显示在监视器上。但由于它的笨重、体积大、连接繁琐,逐渐被更小的图象传感器--即CCD所取代,它是在1970年由贝尔实验室研制出来的,此器件可完成图象的传感、模拟信号的处理及信号存储。CCD技术开拓了一个视频内窥镜的新领域。使得工业检测中的小直径、高清晰度图象成为可能。CCD依赖电缆线来传送图象,CCD成像器可生成比纤维镜更明亮、清晰度更高的图象,由于CCD芯片尺寸很小,因此CCD芯片可放置在小直径镜头的后端,从而可以穿越很小的孔径,它的先进的微电子技术,可以使它象一台微性电视摄像机一样,将图象显示在监视器上,并且可以把图象记录下来。由于可用很小的尺寸来处理相当数量的信息,这些微小的芯片的普及从根本上改变了视觉领域。CCD可以将高放大倍数的图象显示在监视器上,因此,可供多人同时观察检测结果,视频图象可使检测者看到清晰的缺陷图象,并作出快速而准确的判断,CCD技术简化了长距离检测,也使图象的计算机处理成为可能。

       工业内窥镜(Industrial Endoscoopes)一般分为三大类:直杆硬性镜(Borescopes,光纤内窥镜(Fiberscopes,视频内窥镜(Videoscopes).

    直杆硬性镜是由一组透镜来传送图象,因此成象质量好,价格较便宜,但长度有限,不能弯曲;而光纤内窥镜可以在一定弯曲角度的情况下使用,相对直杆内窥镜长度要长得多(长可做到6M)但由于受到物镜与目镜间连接的光导纤维束数量和光纤传速率的限制,从目镜处接CCD摄像头后,监视器上的图象清晰度一般,因此光纤镜更适合目视观察,并且光导纤维在弯曲角度过大时易折断,使在目镜上形成黑点。而视频内窥镜,它是将微小CCD摄像头直接置于探头后端,将光学信号转换为电信号,用电缆线传送图象,通过视频控制器在屏幕上显示或将图象存在计算机里,因此,成像质量较高,但受到CCD摄像头尺寸的限制,目前,内窥镜直径小为5MM,是由日本奥林巴斯光学仪器厂生产的,长可作到30M--40M

    一九九七年,日本奥林巴斯光学仪器厂在视频内窥镜的基础上,推出了可测量视频内窥镜,采用新的立体测量(双镜头模拟人眼投影)技术,利用计算机进行视频信号的采集和图象处理,能够对所观察的目标进行点点 长度测量(LENGTH),点线 宽度测量(LINE TO POINT),点面 深度测量(DEPTH),三种测量模式,即三维测量。准确度可达95%以上,因此大大扩展了内窥镜检查在无损检测领域中的应用范围。

    在进口内窥镜中,规格型号较全的应属于日本奥林巴斯光学仪器厂生产的内窥镜(直杆硬性镜、光纤内窥镜、电子视频内窥镜、带有三维测量功能的电子视频内窥镜、带有机械手的内窥镜可把管道中的多余物取出来),直径从0.64MM——36MM,长度从0.2M——30M,有上百个规格、型号。其品种的多样性、产品的先进性、可任意组合性、质量的稳定性,受到国内外无损检测专家的一致好评。奥林巴斯已获得ISO9001质量体系任证及CE欧共体产品质量任证,并获得GE、普惠、罗·罗、CFMI、波音、美国空军和民航系统的任证。

 

 工业内窥镜无损检测原理和组成(以奥林巴斯内窥镜为例) 

   

 一、直杆内窥镜

直杆内窥镜结构及原理:利用一组自聚焦棒型透镜来传送图象,利用光导纤维来实现光源的传送,在自聚焦棒型透镜的两端增加一个物镜和一个目镜,从而形成了一个直杆内窥镜,可通过目镜直接观察,外层为不锈钢管。

  主要检查:直接对正(不需要拐弯),而插入深度较浅的位置.例如:狭窄直径的孔洞及笔直的管道内部,不需要拐弯的铸模件小孔,液压装置及喷嘴内部,飞机发动机叶片,枪管、炮管等。在目镜上接上摄像头,就可在监视器上显示图象。

    特点:图像清晰,在目镜上可获得高质量的图象,人性化操作手柄,侧视镜头可370°旋转。

基本配置:直杆内窥镜+光源, 可实现基本的目视(眼睛)观察。

选配件:直杆内窥镜接口,CCD摄像头,工业级监视器

直杆内窥镜分类:

 1.超细直杆硬性镜(直径1.2MM---2.7MM  (长度96MM---188MM)             

 2.一般直杆内窥镜(直径4.1MM---16.1MM

== (长度330MM---1440MM)

               3.视野角可变直杆内窥镜(45°---115°)

                               (直径6MM8MM

                                        (长度21MM---1440MM)

二、光纤内窥镜

     光纤内窥镜的结构和原理:通过高品质的光导纤维束来传送图象,使用另外一组光导纤维束来实现光源的传送,在光导纤维束的两端增加一个物镜和一个目镜及控制部分,从而形成了一个光纤内窥镜,可通过目镜直接观察,内窥镜外层采用金属编织钨套管。每一部光纤内窥镜包括插入部(含有先端部、弯曲部、柔软部),操作部(调校探头角度的控制装置),目镜部。

主要检查:供/排水管道内部、汽车、飞机发动机内部、发动机油路管道、燃烧室、电厂热交换管、冷凝管、管壁内部的焊缝/点检查,国防安检及人眼不易抵达的地方。

特点:采用高密度光导纤维束,提供既清晰明亮,又是世界上高析像力的纤维图象,采用逐渐变软的TF管(由目镜到物镜逐渐变软,)以便于插入管道中打弯,增强了内窥镜的可插入性,前端部分可四方向弯曲120°组合起来可实现360°观察,探头可换不同视野/向的探头,探头防水、防油。

基本配置:光纤内窥镜+光源,可实现基本的眼睛观察功能。

选配件:内窥镜同CCD摄像头的接口,CCD摄像头,工业监视器,抓取工具等。

   光纤内窥镜分类:

                    1.超细光纤镜(直径0.64MM

                                 (长490MM990MM

                    2.普通光纤镜 (直径2.4MM13MM

                                  (长600MM6000MM

   二、电子视频镜

   电子视频镜结构及成像原理:把微小的CCD摄像头直接置于物镜后端,通过CCD把光学信号转换为电信号,用电缆来把信号传送给控制器,把图象显示在屏幕上,利用光导纤维来实现光源的传送。

内窥镜外层采用金属钨编织网,且采用TF管(逐渐变软管)方便插入并可把图象存入计算机,也可对图象进行三维测量,含有便携箱和充电系统,可不用交流电源在野外工作,可配抓取工具(五种:腭鱼夹,三爪夹,磁铁,二线抓取物,四线抓取物),对管道中的多余物进行抓取。因此,电子视频镜目前已是配置全,功能多,使用方便,图象清晰度高的电子视频镜。缺点:内窥镜直径无法小于5MM,对于孔径小于5MM的小孔无法观察。

主要检查:管道内表面、汽车缸体内表面、喷油嘴、飞机发动机叶片检查、发动机油路管检查、燃烧室、电厂热交换管、冷凝管、管壁内部的焊缝/点检查,国防安检及人眼不易抵达的地方。

特点:便携性好,清晰度高,色彩真实,可对缺陷进行三维测量,内含计算机,可对图象进行存储,可同计算机相联接,是目前流行的一款内窥镜。内窥镜防水/油,可存储JPG格式的数字图象及声音注释,探头可自动对焦,光源可自动调节光源亮度。

电子视频镜基本配置:内窥镜+光源+控制器+工业监视器

 选配件:DSM2测量系统,测量探头,计算机,抓取工具等。

电子视频镜分类:

              1.不可测量的电子视频镜 (内窥镜,光源,控制器,                

                               监视器,抓取工具)

                                            

              2.可测量的电子视频镜(内窥镜,光源,控制器,监视器,DSM 2三维测量及数字存储系统,测量探头,抓取工具等)

三、第七代便携式、可测量立体、数码内窥镜:

  1. 第七代便携式可测量三维立体数码内窥镜,通过连接立体测量探头和头戴立体监视器来实现真正的三维立体观察和三维立体测量,通过USB接口连接,可实时的把内窥镜的数据传送给计算机,也可在计算机上实时控制内窥镜的操作。
  2. 轻巧的操作手柄仅有手机大小(仅重160克),但却拥有了所有操作功能,可以记录图像、声音,,可定格图象,图像可3倍连续放大,图象连续数码放大后独特的旋转盘功能,放大后看不到的的部分可以找到,可中心复位,而不需要左///下 摆动,探头弯曲可锁定,对图象进行准确测量,包括:长、宽、高、面积、曲线、曲面。 手柄上还可以单手指电动360°环绕导向,探头端部弯曲150°以上,探头转动控制采用阻尼电动操作,没有滞后。这种手柄设计(手柄,显示器分离)与以往的产品相比,轻巧,多功能,易操作,手柄可随时拿在手上,实现手柄的轻巧操作,不用顾虑因手柄太重而带来的工作疲劳。
  3. 内窥镜采用TFT设计(由镜子的端部到根部逐渐变硬设计,可提高插入性,避免在管道中打弯),

外层采用金属物编织,提高了耐磨性,探头采用钛合金,探头端部采用1/6英寸彩色CCD摄像头,可自动对焦,输出的图像为数字化真彩图像,内窥镜的工作温度为  -25°--80°,内窥镜防水、防油,内窥镜上带有标尺,可知道内窥镜深入腔体多少米。

  1. 显示器是5.6英寸高清晰度液晶便携显示器,亮度可调,视频信号分辨率为500线以上,配有遮光罩,即使您在阳光下,也可实现轻松观察,显示器可以支在主机上,通过2级拉杆,高度可达1m,也可以固定在发动机上,方便工作。另外,厂家还可供用户选配头戴式背投显示器,观察效果相当于42英寸背投效果,若与立体测量探头一起使用可实现真正的三维立体观察。
  2. 光源为金属卤素灯,输出照度为3000流明以上,色温为7000K,连续使用寿命为300小时以上,亮度可自动调节,在亮度不足的地方,也可通过CCD自动/手动延时曝光来提高被测物的亮度。
  3. 缺陷的测量和存储,OLYMPUS测量采用仿生学的原理,模仿人的两只眼睛在缺陷上直接选点测量,而不需对阴影线,避免因阴影线太粗而带来的误差,可以测量长度,深度,面积,距离(点到线距离),曲线长度等,可自动找出凹面中低点的位置。测量平均精度高达96%以上;机器内置32M存储卡,可存标准JPEG静止图像300幅,也可记录移动图像1分钟,通过USB接口可把内窥镜上的数据传送到计算机上或发送E-MAIL到计算机上。

7. 为了配合某些用户实现计算机管理,OLYMPUS厂家还推出了强大的专业检查管理软件,可以在电脑上实现重复测量,制作检测报告,实现数据库管理。发送电子邮件等功能。

8. 主机可接110V和220V交流电压,可接飞机交流电源/直流电源,也可接电池。

9. 系统为一体机,不需复杂接线,连线接电源即可使用。系统箱为旅行箱式,带万向轮,机箱为抗撞击,防震(4脚有减震器)设计,内窥镜为内盘转式分置存放,不会损坏镜体本身。便携箱外形尺寸508MM(长)*290MM(宽)*528MM(高),重22公斤。

10. 内窥镜输出有:BNC端子、S端子、USB接口、RCA声音输出接口,USB接口可直接与电脑连接实现电脑观察,在电脑上也可以对操作手柄进行操作,以上内窥镜的各种功能可以在现场检查中实现,也可以回到办公室后做后期处理。

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