工業(yè)內(nèi)窺鏡在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的初步調(diào)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(xué)儀器對工業(yè)產(chǎn)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(nèi)。

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(shù)。直接目視檢測是指直接用人眼或使用放大倍數(shù)為6倍以下的放大鏡對試件進(jìn)行檢測。間接目視檢測是指對無法直接進(jìn)行觀察的區(qū)域，借助各種光學(xué)儀器或設(shè)備進(jìn)行直接觀察，如使用反光鏡、望遠(yuǎn)鏡、工業(yè)內(nèi)窺鏡、光導(dǎo)纖維或其他合適的儀器進(jìn)行檢測。

二、內(nèi)窺鏡檢測

  目視檢測的儀器種類繁多，工業(yè)內(nèi)窺鏡是其中之一。內(nèi)窺鏡的檢測早是用于人體的醫(yī)學(xué)檢查，20世紀(jì)50年代開始逐漸進(jìn)入工業(yè)檢測領(lǐng)域，并出現(xiàn)專門的工業(yè)內(nèi)窺鏡。國內(nèi)在20世紀(jì)70~80年代開始從國外引進(jìn)工業(yè)內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，主要用于航空航天產(chǎn)品內(nèi)部多余物控制及一些零部件的質(zhì)量檢查。近年來，國內(nèi)內(nèi)窺鏡檢測己進(jìn)入了實用階段，越來越多地運用于產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的控制，并發(fā)展成為一項專用的檢測手段。

內(nèi)窺鏡檢測是近年來隨著內(nèi)窺鏡生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展而逐漸得到廣泛應(yīng)用的一項檢測技術(shù)。內(nèi)窺鏡檢測需要使用工業(yè)內(nèi)窺鏡（簡稱內(nèi)窺鏡）作為檢測工具，工業(yè)內(nèi)窺鏡是為了滿足工業(yè)復(fù)雜使用環(huán)境要求而專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)的。根據(jù)制造工世特點，我們一般把內(nèi)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(nèi)窺鏡性能比較
  直桿鏡 光纖維 視頻鏡
結(jié)構(gòu)特點 簡單 簡單 復(fù)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(shù)量的影響，有蜂窩現(xiàn)象 好
成像原理 光學(xué)成像 光學(xué)成像 CCD數(shù)字成像
圖像信號 光學(xué)信號 光學(xué)信號 電子信號
圖像傳遞介質(zhì) 玻璃透鏡 柔性光導(dǎo)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(dá)10m 較長，一般在
1～2m 很長，可達(dá)20m
耐用性 較好 差 很好
測量功能 無法進(jìn)行 無法進(jìn)行 可使用測量探頭對長度深度進(jìn)行直接測量
圖像存儲處理 后裝圖像采集系統(tǒng) 可后裝圖像采集系統(tǒng) 可直接進(jìn)行圖像存儲處理
產(chǎn)品價格 低 較高 很高

三、內(nèi)窺鏡選用

內(nèi)窺鏡的種類較多，不同種類內(nèi)窺鏡適用范圍不同。除了要考慮內(nèi)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(shù)指標(biāo)，同時由于內(nèi)窺鏡的使用環(huán)境復(fù)雜，需要考慮其防水、防油、耐腐蝕、耐磨等性能。通常要根據(jù)具體的檢測對象位置及要求來確定使用內(nèi)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(fù)雜產(chǎn)品往往要求使用多種型號配合使用。通常我們認(rèn)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(nèi)的產(chǎn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品或需要進(jìn)行定量檢測、對比分析的場合，但由于制造技術(shù)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(yuǎn)遜于視頻鏡，但其直徑可以制造的很細(xì)，多用于內(nèi)徑4mm以下，視頻內(nèi)窺鏡無法檢測的產(chǎn)品。

四、影響內(nèi)窺鏡檢測的主要因素

影響內(nèi)窺鏡檢測的主要因素有：

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

2. 探頭位置與角度。通常在距離檢測區(qū)域5~25mm范圍內(nèi)觀察圖像的效果更好 ，因此往往需要內(nèi)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(nèi)都可以達(dá)到較好的觀察效果，在實際工作中是通過反復(fù)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(yīng)盡量靠近需要檢測位置，選擇進(jìn)入長度短的通道，盡量減少探頭需要彎曲的次數(shù)及程度；首先考慮由上到下，由高到低的通道；優(yōu)先選擇寬闊的通道；推薦使用工裝，保證探頭在產(chǎn)品通道中的正確方向；應(yīng)采用邊觀察邊通過的方法在通道中行進(jìn)。

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

5. 分辨率、放大倍數(shù)、可檢測小缺陷。這些都是內(nèi)窺鏡自身的技術(shù)指標(biāo)，可直接影響到探測的結(jié)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(guān)系。因此，實際檢測時應(yīng)該根據(jù)具體的情況選擇內(nèi)窺鏡照明的強(qiáng)度以便得到清晰有用的結(jié)果。

五、內(nèi)窺鏡工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在QJ2859—1996《工業(yè)內(nèi)窺鏡操作使用方法與判定規(guī)則》中給出了工業(yè)內(nèi)窺鏡的檢測范圍：

（1）內(nèi)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(dāng)有要求和需要時，使用內(nèi)窺鏡對裝配質(zhì)量進(jìn)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(shù)條件的要求；是否存在裝配缺陷。
（4）狀態(tài)檢查。當(dāng)某些產(chǎn)品（如蝸輪泵、發(fā)動機(jī)等）工作后，按技術(shù)要求規(guī)定的項目進(jìn)行內(nèi)窺檢測。
（5）多余物檢查。檢查產(chǎn)品內(nèi)腔殘余內(nèi)屑，外來物等多余物。
（6）尺寸測量。對需要進(jìn)行測量的尺寸，可用測量探頭進(jìn)行測量。

六、內(nèi)窺鏡檢查與判定規(guī)則

（1）裂紋。當(dāng)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(shù)下，線條有不規(guī)則邊緣時，判定為裂紋。當(dāng)裂紋較寬時，可測量探頭的測量影響線會發(fā)生彎折。

（2）起皮。當(dāng)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(guī)則的連續(xù)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(yuǎn)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(dāng)凹坑較深或凸起較高時，可測量探頭的測量線會發(fā)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(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)條件的結(jié)構(gòu)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)情況

    國外對目視檢測技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究制訂工作進(jìn)行得比較全面，應(yīng)用也比較廣泛。尤其在歐美等科技發(fā)達(dá)國家對目視檢測標(biāo)準(zhǔn)研究與制訂已達(dá)到較高的水平。目前美國的ASME標(biāo)準(zhǔn)、法國的RCC—M標(biāo)準(zhǔn)、英國的BSEN標(biāo)準(zhǔn)等都有目視檢測方法的具體內(nèi)容，并形成不同的標(biāo)準(zhǔn)化體系。
    深圳市天友利標(biāo)準(zhǔn)光源有限公司主營產(chǎn)品：標(biāo)準(zhǔn)光源對色燈箱、英國-美國標(biāo)準(zhǔn)光源箱、金屬檢測機(jī)、汽車檢測光源、愛色麗X-Rite色差儀、鏡頭攝像頭測試用標(biāo)準(zhǔn)光源、印刷行業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)光源、電腦測色儀、分光密度儀、色卡、分辨率卡、色溫照度計等光學(xué)儀器。