一种便携式工业视频内窥镜的开发

　　1　引　言

　　工业内窥镜是目前广泛用于工业制造和维修领域的一种无损检测设备,它延长了人眼的视距,突破了人眼观察的死角,可以准确清晰地观察机器设备内部 或零件内表面的情况,如磨破损、表面裂纹、毛刺及异常附着物等,避免了检查过程中不必要的设备分解、拆卸以及可能造成的零部件损伤,具有操作方便,检查效 率高,结果客观准确的优势,是企业生产过程控制和质量控制的一个有力工具[5]。

　　目前常用的工业内窥镜有刚性内窥镜,挠性内窥镜,电子视频内窥镜三种,基本配置都包括:一根内窥镜,一台光源,一条光缆,基本原理都是利用光学 系统将被检物体成像,再经传像系统传送,以利于人眼直接观察或在显示器上显示,从而获取所需信息。但三者又具有各自的特点和常用场合,其特征比较如下表1 所示:

　　刚性内窥镜有不同的视向和视野可根据工作要求进行选择,当对象检测需要不同的视向时如0°,90°,120°,则通过更换固定视向的不同探头或 采用旋转棱镜内窥镜,通过调整棱镜的轴向旋转即可获得理想的视角。挠性内窥镜则通过导向机构控制测头的弯曲导向,可以获得同一平面内的单向、双向甚至两个 导向平面内的上下左右四方位导向,由此组合任意观察角度,实现360°全景观察。电子视频内窥镜是在电子成像技术发展基础上而形成的,代表了工业内窥镜技 术的最高水平,兼具刚性和挠性内窥镜的技术性能,成像质量高,并将图像显示在CRT监视器上,减轻了人眼的负担,可供多人同时观察,使检查效果更加客观准 确。下面详细介绍视频内窥镜的原理。

　　2　视频内窥镜

　　视频内窥镜和挠性内窥镜一样,插入部分柔软可弯曲,最主要的区别在于成像方法不同。CCD是一种光电耦合器件,可以将光信号转变成电信号,且具有体积小、分辨率及灵敏度高、抗电磁干扰的特点,视频内窥镜正是利用了CCD器件的这种特性作为成像介质。

　　探头前部的物镜将被检物体成像到其后的CCD接收面上,CCD把物像转变成电信号,经信号线传至一个独立的视频控制单元(其间的距离最长可达到30m[1]),再将影像输出到CRT监视器上显示。

　　这种CCD工业内窥镜有如下特点:

　　(1)图像清晰,分辨率高

　　工业视频内窥镜选用的CCD接收面上的像素数(一个像素就是一个光敏元)通常为几十万个,如工业常用的1/2″CCD摄像头有440,000像 素(752H×582V),远远超过了光纤传像束的单丝数量,因此拥有极高的图像分辨率,同时还消除了光纤固有的模糊不清及蜂房影像。另一个特性是图像的 亮度高,由于CCD接收面靠近被检物,因此相对于刚性内窥镜中的转像透镜组或挠性内窥镜中的传像光纤而言几乎没有什么光能损失,可获得高亮度的清晰图像 [2]。