CN109556530A - 一种异型深孔内壁检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异型深孔内壁检测方法，所采用的成像系统包括内窥镜及其成像装置，在内窥镜的前方通过伸缩连接杆连接锥镜，锥镜的尖端朝向内窥镜的物镜，伸缩连接杆用以实现采集焦距的调整，在内窥镜的前部外侧设置有气囊导向机构，在内窥镜内部设置有与所述气囊导向机构相连通的气路。方法如下：将成像系统放进异形深孔内壁中，打开气囊进气阀，使得气囊导向机构充气鼓起，调节气压与内窥镜角度来适应不同尺寸的内壁，保证测头始终位于内壁中央；成像系统在气囊导向机构的协助下进入到待测内壁空间中后打开光源进行照明，开始成像检测，调节伸缩连接杆的伸长量进行采集焦距的调整。

Description

一种异型深孔内壁检测方法

技术领域

本发明涉及光学成像、视觉检测领域，尤其涉及一种小口径异型深孔内壁检测成像系统。

背景技术

机械设备中广泛使用深孔类零件，并且深孔的形状在向小口径和形状复杂这两个方向发展，如密封阀门、油路、气路等，这类深孔的加工质量检测是其制造过程质量控制的关键，但由于口径小和形状复杂的特点，其检测具有相当高的难点。目前深孔内壁表面检测的常用方法有单点接触法、空气塞规法、涡流法、超声法、光学单点扫描法。现有方法难以适应深孔口径小和形状复杂的特点，同时由于要检测内壁一周的质量情况，往往需要将测头进行旋转一周进行探测，对于测量精度和测量效率有比较大的损失。视觉测量方法是一种典型的非接触式检测方法，具有成本低、速度快等特点，随着光电技术发展其信息采集系统的体积越来越小，有望借助该方法解决小口径异型深孔内壁检测难题。

发明内容

本发明提供了一种小口径异型深孔内壁检测方法，可以实现小口径深孔内壁周向图像的一次性高速、高清晰度采集，同时配合可伸缩及导向机构实现异型深孔内壁图像完整拍摄，辅助图像处理算法和视觉检测方法完成小口径异型深孔内壁的相关检测。技术方案如下：

一种异型深孔内壁检测方法，所采用的成像系统包括内窥镜及其成像装置，其特征在于，在内窥镜的前方通过伸缩连接杆连接锥镜，锥镜的尖端朝向内窥镜的物镜，伸缩连接杆用以实现采集焦距的调整，在内窥镜的前部外侧设置有气囊导向机构，在内窥镜内部设置有与所述气囊导向机构相连通的气路，气流通过内窥镜气路传入，控制不同鼓起量的充气。检测方法如下：

(1)将成像系统放进异形深孔内壁中，打开气囊进气阀，让气流通过内窥镜内部设计的气路传入，使得气囊导向机构充气鼓起，调节气压与内窥镜角度来适应不同尺寸的内壁，保证测头始终位于内壁中央；

(2)成像系统在气囊导向机构的协助下进入到待测内壁空间中后打开光源进行照明，开始成像检测，当异形孔内壁几何形状复杂孔径变化较大时，调节伸缩连接杆的伸长量进行采集焦距的调整，实现不同口径内壁的高清晰采集。

本发明提供了一种小口径异型深孔内壁检测方法中的成像系统设计方法，结构简单，使用方便，实现小口径深孔内壁周向图像的一次性高速、高清晰度采集。设计中考虑了不同内窥镜原理的形式，可以通过对绝大部分内窥镜进行改装而成，系统实现简单。由于采用了具有柔性结构的内窥镜作为成像主体，可以在伸缩导向机构的协助下进入到复杂形状的内壁空间中进行成像和检测。同时，导向机构结构采用气囊灵活方式，可以控制气囊气压来适应不同的孔径大小；另外，气囊的表面和压力不会破坏内壁表面。根据不同的内窥镜的设计尺寸，本发明适用于孔径5mm以上孔内壁周向图像的采集，尤其是对于小孔径在5mm到20mm孔的采集更能展示其优势。

附图说明

图1本发明的小口径异型深孔内壁检测成像系统示意图，(a)为纤维内窥镜成像光路；(b)为电子内窥镜成像光路。图中，1异型深孔内壁；2内窥镜；3锥镜；4伸缩连接杆；5导向机构；6视场范围；7物镜；8传像光纤；9图像传感器；10照明光纤；11CCD；12信号线；13信号处理器；14LED光源。

图2普通内窥镜孔内部的成像示意图。

图3内窥镜前端加装锥面镜孔内部的成像示意图。图中，1异型深孔内壁；2内窥镜；3锥镜；15内壁成像区域；16内壁虚像。

图4气囊导向机构设计示意图。图中，2内窥镜；17气路；18气囊导向机构。

具体实施方式

本发明通过在内窥镜前端加装锥面镜，实现了基于内窥镜的全景成像。使用内窥镜的类型不做限制，可以为光纤内窥镜或电子内窥镜，系统如图1所示。光纤内窥镜基于光纤传像原理制成，首先，物镜7将内窥镜前端图像成像于传像光纤8前方，接下来，传像光纤将图像向后传播，由于光纤可以在一定程度上弯曲，因此前方成像端可以自由伸入弯曲管道中进行成像。最后，通过图像传感器9即可观测传像光纤图像。其中，传光光纤用于将外界光源光线引入被测内壁，实现照明。电子内窥镜原理类似，首先通过前端物镜将前方图像成像到CCD11上，接下来通过信号线12将CCD上的图像向后传播，利用信号线的柔性即可实现前方拍摄端自由移动。最后，通过信号处理器13解算并显示图像信号，用于后期处理。由于采用了具有柔性结构的内窥镜作为成像主体，因此，可以进入到复杂形状的内壁空间中进行成像和检测，有效提高采集小口径异型深孔内壁的复杂程度。

本发明通过在内窥镜前端加装锥面镜，实现了成像视场由内窥镜前端到内窥镜周向的转换，从而使得拍摄方向正对内壁，有利于实现内壁全面清晰的成像。图2为普通内窥镜成像示意图，即通过内窥镜2直接拍摄内壁1，其中15为成像区域，而其他区域由于相对内窥镜倾斜角度太大，无法清晰成像。从图中可以看到，有效成像区域15仅仅占据内窥镜成像视场一小部分，而大部分区域都无法清晰成像。同时，这种拍摄方式对相机景深以及视场角都有较高的要求。图3为本发明所提到的通过锥镜全景成像搭建的内壁成像系统原理图，首先成像区域15通过锥镜一次成像为内壁虚像16，接下来通过内窥镜对虚像16二次成像。从图中可以看出，由于锥镜的引入，等效于实现了内窥镜正对内壁拍摄，因此大大降低了对内窥镜景深的要求，同时也在一定程度上增加了有效成像区域的面积。此外，锥镜将内壁投射到一个相对集中的区域内，在大大增加了相机CCD利用率的同时，也降低了对相机视场角的要求。

本发明中加装锥面镜尖端通过细的伸缩连接杆4与内窥镜镜头连接，其中细杆与镜头连接部分虽然会遮挡部分镜头，但是由于该部分不处于成像位置，因此仅仅影响成像区亮度，而不影响成像。细杆与锥镜连接处同样处于锥镜非成像区域，因此也不会影响锥镜成像区域正常成像。同时，伸缩连接杆可以实现采集焦距的调整，保证可实现不同口径内壁的高清晰采集。

在对小孔内壁的拍摄过程中，为保证装置始终位于孔径中央，同时也为避免在运动采集过程测头与内壁之间的碰撞，本发明设计了一种在内窥镜前端外侧的气囊导向装置，如图4所示。其中气流通过内窥镜导线内部设计的气路17传入，控制气囊导向机构18不同鼓起量的充气。在实际测量过程中，可以通过调节气压与内窥镜角度来适应不同尺寸的内壁，保证测头始终位于内壁中央。

具体的实施方式如下：

(1)搭建一种小口径异型深孔内壁检测成像系统。本系统由内窥镜、锥镜、伸缩连接杆、导向机构、光源、柔性信号传输模块，柔性图像采集模块和处理器组成。

(2)将系统组装完成后，进行小口径异型深孔内壁成像检测。首先将系统放进异形深孔内壁中，打开气囊进气阀，让气流通过内窥镜内部设计的气路传入，使得气囊导向机构充气鼓起，调节气压与内窥镜角度来适应不同尺寸的内壁，保证测头始终位于内壁中央。

(3)成像系统在气囊导向机构的协助下进入到待测内壁空间中后打开光源进行照明，开始成像检测。当异形孔内壁几何形状复杂孔径变化较大时，调节伸缩连接杆的伸长量，实现采集焦距的调整，保证可实现不同口径内壁的高清晰采集。

(4)利用柔性信号传输模块，柔性图像采集模块实现异形孔内壁空间中成像系统前方拍摄端自由移动，然后，通过图像传感器即可观测内壁。最后，通过处理器解算并显示图像信号，用于后期处理。

Claims (1)

1.一种异型深孔内壁检测方法，所采用的成像系统包括内窥镜及其成像装置，其特征在于，在内窥镜的前方通过伸缩连接杆连接锥镜，锥镜的尖端朝向内窥镜的物镜，伸缩连接杆用以实现采集焦距的调整，在内窥镜的前部外侧设置有气囊导向机构，在内窥镜内部设置有与所述气囊导向机构相连通的气路，气流通过内窥镜气路传入，控制不同鼓起量的充气。检测方法如下：

(1)将成像系统放进异形深孔内壁中，打开气囊进气阀，让气流通过内窥镜内部设计的气路传入，使得气囊导向机构充气鼓起，调节气压与内窥镜角度来适应不同尺寸的内壁，保证测头始终位于内壁中央；

(2)成像系统在气囊导向机构的协助下进入到待测内壁空间中后打开光源进行照明，开始成像检测，当异形孔内壁几何形状复杂孔径变化较大时，调节伸缩连接杆的伸长量进行采集焦距的调整，实现不同口径内壁的高清晰采集。