工业电子内窥镜的开发

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：

刚性电子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度，90度，120度，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度全景观察。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），再将影像输出到CRT监视器上显示。

3 便携式工业内窥镜系统组成

内窥镜检查方向为侧向，系统组成如图1所示：

系统由照明系统、光学系统、CCD摄像机、计算机四个部分组成。其中前三个部分可集成在一起，仅引出一根视频信号线和计算机相连，体积小，便于携带。

（1）照明系统

一般内窥镜均采用独立冷光源，并由光纤把光线传至检查位置上，为达到较好的照明效果，对光源和光纤的要求都很高，这里我们采用日本产的发光二极管（LED）进行照明，大小3mm，工作电压3V，光色白色，亮度很强。和电位器相连，亮度可调，端部上下各固定一只LED，以保证视场内光照均匀。

（2）光学系统

为实现侧向检查，采用一只3.8mm X 3.8mm反射棱镜改变成像方向。由于零件口径只有10mm，检查深度较深，设计了望远系统对物镜所成的像进行传递，以满足光学系统长度的要求。

采用了阶梯式套筒装配结构，同时设计了微调机构进行望远系统的前后镜组位置的调整，以准确调焦。镜头的固定、组装、调节方便，为消除杂

光干扰，筒内壁采用发黑处理。

（3）CCD摄像镜头

采德国进口CCD摄像镜头，取其CCD接收面及控制部分，接所设计的光学镜头.

（4） 显示系统

为更清晰地显示图像并便于观察者对可能的缺陷做出准确的判断，将CCD输出的视频模拟信号经图像采集卡输入计算机，若发现问题则对图像进行静态采集，通过相应的图像处理软件进行滤波、调整对比度，边缘锐化等处理后，再作分析判断。也可对图像进行保存、打印、或编制文档。

4 实验结果及结论

用此装置检查零件内表面0.5mm细牙螺纹。图2前为采集的原图，图2后是经过增强对比度、边缘锐化处理后的图像。可见图像清晰，放大倍数适当，可用于零件表面微小缺陷的检查，精度可达mm级。