CN112945974B - 一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了涉及产品缺陷检测技术领域的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置及检测方法，包括，手持部、插入部及摄像部顺次相连；手持部包括第一壳体，在第一壳体内设置有操作柄、控制器及现场显示屏；插入部包括蛇骨管，在蛇骨管内设置有软轴及两对称设置的牵引钢丝；摄像部包括第二壳体，在第二壳体内设置有摄像元件；控制器通过无线通讯方式与智能终端进行数据交互。本发明通过将内窥镜头放置在设备内部需要检测的部位，通过数据线将影响资料传输到智能终端，通过机械结构实现内窥镜头的转向及旋转，智能终端内安装相关的APP软件，打开APP即可接收到影像数据。通过获取的横焊缝影像数据，判定横焊缝是否有虚焊、夹杂、焊孔等缺陷。

Description

一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及产品缺陷检测技术领域，具体地说是一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置及检测方法。

背景技术

无损检测是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检测对象是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小、位置、性质和数量等信息，与破坏性检测相比，无损检测具有如下特点：第一是具有非破坏性，因为在做检测时不会损害被检测对象的使用性能，第二具有全面性，由于检测是非破坏性的，因此必要时可对被检对象进行100%的全面检测；第三具有全程性，破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测，对于产成品和在用品，除非不准备让其继续服役，否则是不能进行破坏性检测的，而无损检测因不损坏被检测对象的使用性能，因此不仅可对制造用原材料，个个中间工艺环节，直到最终产成品进行全程检测，还可以对服役中的设备进行检测。

目前检测设备的内部质量，因有很多部位比较狭小，当下也没有先进的检测仪器，所以人为无法进行准确的检验或测量。因此，随着现在工业行业的高速发展，需要用到的工业内窥镜需求也越来越多，要求越来越高。工业内窥镜可以帮助检测人员实现高效的产品检测，通过设备帮助实现高效的产品检测以提高设备的故障检测效率。工业内窥镜检测与其它无损检测方式最大的不同在于可以不损坏设备的内部结构的情况下进行无损检测，并能反映出被检测物体内外表面的情况，而不需要通过数据的对比或检测职员技能确定是否发生损伤。工业内窥镜是集光学、电子技术、精密仪器于一体的先进测量技术，可以将显微摄像技术应用于工业场合，提高检测的效率和精度，用户可以在无法观测、有害、有核辐射以及狭小空间等场所进行高效的检测服务。通过使用内窥镜及配套软件，将镜头放置在相关检验点，可以准确的观察所需要的影像，并可以利用软件中的测量功能进行数据的检测，然而现在还没有一套完整且完善的基于内窥镜的产品缺陷检测系统，可以进行全角度和方位测量，实现缺陷数据的可靠检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置及检测方法，以解决现有的检测设备及检测方法检测数据不可靠的问题。

本发明是这样实现的：一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其中，包括，内窥镜及智能终端；所述内窥镜包括：手持部、插入部及摄像部；

所述手持部、插入部及摄像部顺次相连；所述手持部包括第一壳体，在第一壳体内设置有操作柄、控制器及现场显示屏；所述插入部包括蛇骨管，在所述蛇骨管内设置有软轴及两对称设置的牵引钢丝；所述摄像部包括第二壳体，在所述第二壳体内设置有摄像元件；所述控制器通过无线通讯方式与所述智能终端进行数据交互；

还包括转向装置，包括设置于所述第二壳体及所述插入部之间的转向杆，所述转向杆由若干中空的管关节连接构成，所述管关节包括两端的端管关节及位于两端管关节之间的中间管关节，每个所述中间管关节包括管体及设置于管体两端的弧形管脚，每一端的所述弧形管脚数量为两个并相对设置，两所述端管关节的一端为平面，另一端对称设置有两弧形管脚；相邻两个所述管关节的弧形管脚通过转轴连接，相邻两个所述管关节之间形成转向孔，在每个所述管关节的管壁上均对称设置有过线孔；

还包括旋转装置，所述第二壳体包括呈半球状的球座及设置于所述球座内的芯体，在所述芯体内设置有光学镜头、图像传感器、LED照明板及电源，所述芯体的外壳呈扁灯笼状，所述球座的内弧面与所述芯体的侧壁的外弧面的弧度相同，在所述球座的内侧面及所述芯体的外侧面上至少开设有两组位置相对应的沟槽，在每个所述沟槽内均设置有滚珠；所述转向杆的前端与所述球座的后部连接，在所述球座上设置有两个贯穿的通孔，两所述牵引钢丝贯穿所述通孔并分别与所述芯体的底面连接。

优选的，所述沟槽的数量为六个，所述沟槽为半圆形沟槽。

优选的，在所述球座的前端面设置有限制所述滚珠滚动行程的挡圈。

优选的，在所述挡圈的外壁上设置有若干贴片式压力传感器；所述压力传感器与所述控制器电连接，所述现场显示屏上显示压力信息。

优选的，在所述球座的后端设置有沉孔，在所述沉孔的内壁上中心对称设置有一对第一棘爪；在所述软轴的前端设置有棘爪套，在所述棘爪套的外侧中心对称设置有一对第二棘爪，所述软轴的前端插入所述沉孔内。

优选的，所述操作柄包括柄杆及柄头，所述柄杆与所述软轴固定连接，所述柄头呈半球形，在所述柄头内设置有插孔，所述柄杆的一端转动设置于所述插孔内，在所述柄头的主体上还设置有通槽，在所述通槽内设置有可呈杠杆式摆动的把手，两所述牵引钢丝分别与所述把手的两端连接。

优选的，在所述第二壳体内设置有位置传感器。

优选的，所述外部设备为智能终端，所述智能终端上安装有基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP软件，通过获取的焊缝影像数据，自动检测出所测目标的错变量尺寸，并形成数据。

优选的，所述基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP内设置影像显示功能，通过观察影像，所述基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP利用图像裁剪、锐化的图像处理功能，以及对图像进行亮度对比度调整、文字与区域标注的功能处理，判定待测部位的缺陷。

一种使用根据权利要求1-9任一所述的基于内窥镜的产品缺陷检测系统进行的产品缺陷检测方法，包括如下步骤：

1）向管内伸入摄像部及插入部，通过手持部的显示屏观察管内的图像；

2）当摄像部在行进过程中遇到管体转弯、大型障碍物时，摄像部与障碍物发生碰撞，压力传感器将压力信号传递至控制器内，人员通过观察压力信息，操作手柄拉动牵引钢丝，控制转向杆弯折，实现转向，躲避障碍物；

3）当摄像部到达预设观察位置时，操作手柄，利用软轴驱动摄像部旋转，实现360°拍摄；

4）控制器将拍摄到的缺陷图像形成视频信号，并将所述视频信号进行放大、清晰化处理；

5）控制器将工业产品内部的缺陷图像形成的视频信号传给智能终端，智能终端上配备有显示设备，在智能终端上安装有安装基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP软件，通过获取的视频信号，APP的显示界面上有刻度尺，自动检测出所测目标的错变量尺寸，并形成数据；APP内设置影像显示功能，通过观察影像，利用图像裁剪、锐化的图像处理功能，以及对图像进行亮度对比度调整、文字与区域标注的功能处理，判定待测部位的缺陷。

采用上述技术方案，本发明通过将内窥镜头放置在设备内部需要检测的部位，通过数据线将影响资料传输到智能终端，通过机械结构实现内窥镜头的转向及旋转，智能终端内安装相关的APP软件，打开APP即可接收到影像数据。通过获取的横焊缝影像数据，判定横焊缝是否有虚焊、夹杂、焊孔等缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的手持部的结构示意图；

图3是本发明的摄像部的结构示意图；

图4是本发明的转向杆的立体结构示意图；

图5是本发明的转向杆的俯视结构示意图；

图6是本发明的棘爪套的结构示意图；

图7是本发明的沉孔的结构示意图；

图8是本发明的检测方法的结构示意图。

图中：1—手持部，101—第一壳体，2—插入部，201—蛇骨管，3—摄像部，4—操作柄，401—柄杆，402—柄头，403—插孔，404—通槽，405—把手，5—牵引钢丝，7—第二壳体，701—球座，702—芯体，703—沟槽，704—滚珠，8—智能终端，9—转向杆，901—端管关节，902—中间管关节，9021—管体，9022—弧形管脚，903—转向孔，904—过线孔，10—通孔，11—挡圈，12—软轴，1201—棘爪套，1202—第二棘爪，13—沉孔，1301—第一棘爪，14—端盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图8所示，本发明提供了一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，包括，内窥镜及智能终端。

内窥镜包括：手持部1、插入部2及摄像部3。手持部1、插入部2及摄像部3顺次相连。其中，手持部1包括第一壳体101，在第一壳体101内设置有操作柄4、控制器及现场显示屏。插入部2包括蛇骨管201，在蛇骨管201内设置有软轴12，在软轴及蛇骨管间的空隙内对称设置有两牵引钢丝5。优选的，软轴12采用钢丝软轴材料，软轴12的作用是传递动力及扭矩。软轴12的一端固定设置于操作柄4内，另一端与摄像部连接，在操作柄4上还设置有把手，在把手上设置有与牵引钢丝5连接的牵引机构。操作柄4用来驱动软轴12旋转并带动两条牵引钢丝摆动，达到改变摄像头摄像角度的目的。控制器采集装置内部的传感器件的数据信息，进行处理及远程传输，现场显示屏设置在第一壳体101内，与控制器电连接，可实时显示被测管内的采集数据，供现场人员观测。

本发明所用的蛇骨管201具有良好的韧性及强度，可满足在狭长管道内穿插的使用需要，蛇骨管201对其内部的软轴12及两个牵引钢丝5起到保护作用。

摄像部3包括第二壳体7，第二壳体7对内部的元器件起到保护作用，其中，包括光学镜头、图像传感器、LED照明板及电源等摄像元件。

智能终端8上设置有显示屏及检测APP，控制器通过无线通讯方式与智能终端进行数据交互。

在摄像部3及插入部2进入待测管道后，由于管道内情况不清晰，管内缺陷有可能存在于管内任意位置，在人工操作插入部及摄像部向内深入时，需要旋转摄像元件等，以便人员可观察到管内全部缺陷信息，因此，本发明设置了转向装置。

本发明的转向装置如下：包括设置于第二壳体7及插入部2之间的转向杆9，转向杆9由若干中空的管关节连接构成，管关节包括两端的端管关节901及位于两端管关节901之间的中间管关节902，每个中间管关节902包括管体9021及设置于管体9021两端的弧形管脚9022，每一端的弧形管脚9022的数量为两个并相对设置，两端管关节901的一端为平面，另一端对称设置有两弧形管脚9022。相邻两个管关节的弧形管脚9022通过转轴连接，相邻两个管关节之间形成转向孔903，在每个管关节的管壁上均对称设置有过线孔904。

进一步的，第二壳体7包括呈半球状的球座701及设置于球座701内的芯体702，光学镜头、图像传感器、LED照明板及电源等摄像元件设置在芯体702内。芯体702的外壳呈扁灯笼状，球座701的内弧面与芯体702的侧壁的外弧面的弧度相同。在球座701的内侧面及芯体702的外侧面上至少开设有两组位置相对应的沟槽703，在每个沟槽703内均设置有滚珠704。优选的，沟槽703的数量为六个，沟槽703为半圆形沟槽。

进一步的，软轴12的前端与球座701的后部连接，在球座701 的底部设置有两个贯穿的通孔10，两牵引钢丝5分别贯穿通孔10并分别与芯体702的底面连接。转向杆9的前端通过轴承与球座701的后端转动连接。转向杆9的后端与上述的蛇形管的前端固定连接。优选的，在保护仓7的前端面设置有限制滚珠滚动行程的挡圈11。滚珠704只能在沟槽703及挡圈11形成的空间内滚动。

本发明转向机构的工作状况需要实现摄像元件既可以在一定空间范围内摆动又可以在某一特定位置处旋转，从而实现全方位的检测。

本发明实现摄像部摆动的原理为：在管道转弯处需要调整摄像部钻进角度时，通过操作柄4牵拉牵引钢丝5，以一侧的牵引钢丝5为例。牵拉左侧牵引钢丝5，牵引钢丝5另一端的芯体受力向左侧倾斜，在滚珠704及沟槽703的支撑作用下，实现摄像元件摆动。当芯体转动到一定角度时，由于两根牵引钢丝的牵拉作用及通孔与牵引钢丝的干涉作用，芯体无法继续转动，此时，芯体702到达最大倾斜转角处，倾斜角度范围在0°-90°之间。继续牵拉左侧牵引钢丝5，由于芯体702位置固定、牵引钢丝5向外牵拉，转向杆9开始承受侧向牵拉力。在牵拉作用下，相邻管关节间的转向孔903的孔径不断缩小，转向杆9整体向左侧倾斜形成弯管状态，弯曲角度在0°-90°之间，从而完成摆动。牵拉右侧牵引钢丝5时的效果同上。从而实现摄像部在大约0°-180°范围内摆动，力求拍摄完整。

本发明实现摄像部旋转的原理为：在管内某一部位缺陷较多或缺陷位置较隐蔽时，需要通过调整摄像元件的摄像角度来拍摄完整的缺陷图像。旋转操作柄4，操作柄4带动软轴12转动，软轴12传递扭矩带动球座701同步转动，球座701内的芯体同步旋转。由于轴承的支撑作用，转向杆9的位置及状态不变，在通孔10的限位作用下，两牵引钢丝5也发生转动。为了防止转动角度过大，牵引钢丝5打结锁死，本发明设置软轴12前端的旋转角度不能超过180°。

作为一种实施例，本发明的软轴12的前端与球座701连接，在球座701的中心设置有沉孔13，在所述沉孔13的孔壁上中心对称设置有一对向沉孔的中心伸出的第一棘爪1301。软轴12的前端插入设置于所述沉孔13内，在软轴12的插入部分的外侧设置有棘爪套1201，在棘爪套1201上中心对称设置有一对第二棘爪1202。在软轴12插入沉孔13后，在沉孔13的端面设置端盖14进行限位。软轴12转动时，当第二棘爪1202运行至第一棘爪1301处时，两部分棘爪干涉，球座701只能与软轴12同步转动，则，两根牵引钢丝的最大弯折角度不可超过180°，防止牵引钢丝打结锁死。

进一步的，为了使操作柄4的旋转及摆动互不干涉，本发明的操作柄4包括柄杆401及柄头402，柄杆401与软轴12固定连接，柄头402呈半球形，在柄头402上设置有插孔403，在插孔403内设置有轴承，柄杆401的端头插入插孔403内，并通过轴承支撑转动。在柄头402的本体上还设置有通槽404，在通槽404内设置有两端固定在槽壁上的转轴，所述把手405呈细长杆状，把手405的中部与转轴铰接连接，两根牵引钢丝5分别与把手405的两端固定连接。使用时，旋转操作与摆动操作分开进行互不干涉，手握柄头，旋拧前部的柄杆即可实现旋转；手持柄杆，拨动把手即可实现摆动转向。

进一步的，实际操作过程中，管内可能会存在焊渣、碎屑等障碍物，在盲视状态下，这些障碍物可能会与摄像元件发生碰撞从而破坏装置。本发明在挡圈11的外壁上设置有若干贴片式压力传感器（未画出）；压力传感器与控制器电连接，现场显示屏上显示压力信息。进一步的，在第二壳体内设置有位置传感器，用来监测摄像部行进位置。

进一步的，智能终端上安装有基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP软件，通过获取的焊缝影像数据，自动检测出所测目标的错变量尺寸，并形成数据。基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP内设置影像显示功能，通过观察影像，基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP利用图像裁剪、锐化的图像处理功能，以及对图像进行亮度对比度调整、文字与区域标注的功能处理，判定待测部位的缺陷。

一种基于内窥镜的产品缺陷检测检测方法，包括如下步骤：

1）向管内伸入摄像部及插入部，通过手持部的显示屏观察管内的图像；

2）当摄像部在行进过程中遇到管体转弯、大型障碍物时，摄像部与障碍物发生碰撞，压力传感器将压力信号传递至控制器内，人员通过观察压力信息，操作手柄拉动牵引钢丝，控制转向杆弯折，实现转向，躲避障碍物；

3）当摄像部到达预设观察位置时，操作手柄，利用软轴驱动摄像部旋转，实现360°拍摄；

4）控制器将拍摄到的缺陷图像形成视频信号，并将视频信号进行放大、清晰化处理；

5）控制器将工业产品内部的缺陷图像形成的视频信号传给智能终端，智能终端上配备有显示设备，在智能终端上安装有安装基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP软件，通过获取的视频信号，APP的显示界面上有刻度尺，自动检测出所测目标的错变量尺寸，并形成数据；APP内设置影像显示功能，通过观察影像，利用图像裁剪、锐化的图像处理功能，以及对图像进行亮度对比度调整、文字与区域标注的功能处理，判定待测部位的缺陷。

本发明通过将内窥镜头放置在设备内部需要检测的部位，通过数据线将影响资料传输到智能终端，通过机械结构实现内窥镜头的转向及旋转，智能终端内安装相关的APP软件，打开APP即可接收到影像数据。通过获取的横焊缝影像数据，判定横焊缝是否有虚焊、夹杂、焊孔等缺陷。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，包括，内窥镜及智能终端；所述内窥镜包括：手持部、插入部及摄像部；

所述手持部、插入部及摄像部顺次相连；所述手持部包括第一壳体，在第一壳体内设置有操作柄、控制器及现场显示屏；所述插入部包括蛇骨管，在所述蛇骨管内设置有软轴及两对称设置的牵引钢丝；所述摄像部包括第二壳体，在所述第二壳体内设置有摄像元件；所述控制器通过无线通讯方式与所述智能终端进行数据交互；

还包括转向装置，包括设置于所述第二壳体及所述插入部之间的转向杆，所述转向杆由若干中空的管关节连接构成，所述管关节包括两端的端管关节及位于两端管关节之间的中间管关节，每个所述中间管关节包括管体及设置于管体两端的弧形管脚，每一端的所述弧形管脚数量为两个并相对设置，两所述端管关节的一端为平面，另一端对称设置有两弧形管脚；相邻两个所述管关节的弧形管脚通过转轴连接，相邻两个所述管关节之间形成转向孔，在每个所述管关节的管壁上均对称设置有过线孔；

还包括旋转装置，所述第二壳体包括呈半球状的球座及设置于所述球座内的芯体，在所述芯体内设置有光学镜头、图像传感器、LED照明板及电源，所述芯体的外壳呈扁灯笼状，所述球座的内弧面与所述芯体的侧壁的外弧面的弧度相同，在所述球座的内侧面及所述芯体的外侧面上至少开设有两组位置相对应的沟槽，在每个所述沟槽内均设置有滚珠；所述转向杆的前端与所述球座的后部连接，在所述球座上设置有两个贯穿的通孔，两所述牵引钢丝贯穿所述通孔并分别与所述芯体的底面连接；

在所述球座的后端设置有沉孔，在所述沉孔的内壁上中心对称设置有一对第一棘爪；在所述软轴的前端设置有棘爪套，在所述棘爪套的外侧中心对称设置有一对第二棘爪，所述软轴的前端插入所述沉孔内。

2.根据权利要求1所述的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，所述沟槽的数量为六个，所述沟槽为半圆形沟槽。

3.根据权利要求1所述的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，在所述球座的前端面设置有限制所述滚珠滚动行程的挡圈。

4.根据权利要求1所述的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，在所述挡圈的外壁上设置有若干贴片式压力传感器；所述压力传感器与所述控制器电连接，所述现场显示屏上显示压力信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，所述操作柄包括柄杆及柄头，所述柄杆与所述软轴固定连接，所述柄头呈半球形，在所述柄头内设置有插孔，所述柄杆的一端转动设置于所述插孔内，在所述柄头的主体上还设置有通槽，在所述通槽内设置有可呈杠杆式摆动的把手，两所述牵引钢丝分别与所述把手的两端连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，在所述第二壳体内设置有位置传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，所述智能终端上安装有基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP软件，通过获取的焊缝影像数据，自动检测出所测目标的错变量尺寸，并形成数据。

8.根据权利要求7所述的一种基于内窥镜的产品缺陷检测装置，其特征是，所述基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP内设置影像显示功能，通过观察影像，所述基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP利用图像裁剪、锐化的图像处理功能，以及对图像进行亮度对比度调整、文字与区域标注的功能处理，判定待测部位的缺陷。

9.一种使用根据权利要求1-8任一所述的基于内窥镜的产品缺陷检测装置进行的产品缺陷检测方法，包括如下步骤：

1）向管内伸入摄像部及插入部，通过手持部的显示屏观察管内的图像；

2）当摄像部在行进过程中遇到管体转弯、大型障碍物时，摄像部与障碍物发生碰撞，压力传感器将压力信号传递至控制器内，人员通过观察压力信息，操作手柄拉动牵引钢丝，控制转向杆弯折，实现转向，躲避障碍物；

3）当摄像部到达预设观察位置时，操作手柄，利用软轴驱动摄像部旋转，实现360°拍摄；

4）控制器将拍摄到的缺陷图像形成视频信号，并将所述视频信号进行放大、清晰化处理；

5）控制器将工业产品内部的缺陷图像形成的视频信号传给智能终端，智能终端上配备有显示设备，在智能终端上安装有安装基于内窥镜的产品缺陷检测系统APP软件，通过获取的视频信号，APP的显示界面上有刻度尺，自动检测出所测目标的错变量尺寸，并形成数据；APP内设置影像显示功能，通过观察影像，利用图像裁剪、锐化的图像处理功能，以及对图像进行亮度对比度调整、文字与区域标注的功能处理，判定待测部位的缺陷。

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