CN114018948A - 一种内窥用检测探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内窥检测设备领域，特别是涉及一种内窥用检测探头。该内窥用检测探头包括安装座、凸面反射镜、相机、照明装置，以及激光测距装置。其中，凸面反射镜通过连接件固定在安装座的一端上，凸面反射镜的反射面朝向安装座。相机固定在安装座内。相机的镜头朝向凸面反射镜。相机获取凸面反射镜反射的图像；且凸面反射镜和相机同轴设置。照明装置位于安装座上，用于对相机取景的目标区域进行照明。激光测距装置安装在安装座上。激光测距装置的检测方向指向安装座的前端，用于获取自身与安装座前端的遮挡物间的距离。本发明解决了传统内窥检查设备取景范围小，需要多个摄像头进行图像拼接处理，操作繁琐，效率低，对小目标的分辨效果差等问题。

Description

一种内窥用检测探头

技术领域

本发明涉及内窥检测设备领域，特别是涉及一种内窥用检测探头。

背景技术

一些特殊的管道或设备内腔需要定期检查,以观察管道或设备内壁的损伤情况。例如火炮的炮膛就需要定期检查，及时发现炮膛内出现的磨损或点蚀等缺陷的数量和分布情况。一些化学用品的输送管道也需要定期检测，观察管道内壁的腐蚀情况。

现有的内窥检测方法是将连接线缆的微型摄像头伸入到炮膛内部，然后根据微型摄像机获取到的图像，人工判断炮膛内部的磨损和缺陷状况。这种传统的内窥检测设备和方法存在如下问题：传统内窥检测摄像头的取景范围有限，难以一次性获取各个方向的图像，使用时需要不断调整摄像头的角度，反复测量；或者是利用多个不同方法的摄像头同步取景，然后进行图像拼接；这些都会使得内窥检查的效率降低。此外，传统内窥设备在检查过程中，设备内壁局部的微小缺陷在画面中的目标范围往往相对较小，难以有效分辨。

发明内容

基于此，有必要针对传统内窥检查设备取景范围小，需要使用多个镜头的图像进行拼接，操作繁琐，工作效率低，以及对小目标的分辨效果较差等问题，提供一种内窥用检测探头。

本发明提供的一种内窥用检测探头包括：安装座、凸面反射镜、相机、照明装置，以及激光测距装置。

其中，凸面反射镜通过连接件固定在安装座的一端上，凸面反射镜的反射面朝向安装座，且安装座和凸面反射镜之间具有间隙。

相机固定在安装座内。相机的镜头朝向凸面反射镜，相机和凸面反射镜之间也具有间隙。相机获取凸面反射镜反射的图像；且凸面反射镜和相机同轴设置。

照明装置安装在安装座上，用于对相机取景的目标区域进行照明。

激光测距装置安装在安装座上。激光测距装置的检测方向指向安装座的前端，用于获取自身与安装座前端的遮挡物间的距离。

作为本发明进一步地改进，安装座内含有一个空腔，空腔内设有一块安装板。相机固定在安装板上，且相机的光轴位于安装座的截面中心处。

进一步地，相机和凸面反射镜之间的安装间距满足：在相机的工作焦段下，相机的取景范围至少包含凸面反射镜的全部区域。

更进一步地，本发明中的相机选用具有超广角镜头的相机，相机在工作焦段下的视角不低于90°。

作为本发明进一步地改进，安装座和凸面反射镜之间采用连接杆作为连接件固定连接。凸面反射镜中球形反射面的周向位置设置向外延伸的连接缘，连接缘上设置一个或均匀设置多个连接孔。连接杆一端固定在安装座中靠近相机的一侧上，另一端通过连接孔与凸面反射镜可拆卸固定连接。

作为本发明进一步地改进，还可以采用另外一种方式完成凸面反射镜和安装座之间的安装。安装座上靠近凸面反射镜的一侧设有一个环状的凸缘。凸缘的外径与凸面反射镜的外径相等；连接件为一个圆管状的罩筒，罩筒采用透明材质制备而成。罩筒的一端套设在凸缘上，另一端套设在凸面反射镜的外周上。

进一步地，罩筒采用透明的钢化玻璃或有机玻璃材质。

作为本发明进一步地改进，安装座靠近相机一侧的外周上设置环状的安装槽，照明装置的光源安装在安装槽内，照明装置的照明区域为安装座周围的区域，且照明区域的远端至少包括凸面反射镜和相机之间一段的周向范围。

作为本发明进一步地改进，凸面反射镜为金属镜片，凸面反射镜的反射面经过抛光处理，反射面的粗糙度值Ra≤0.05μm。

作为本发明进一步地改进，安装座中远离相机的一侧与一根连接轴固定连接，连接轴用于连接安装检测镜头的其它组件。连接轴与相机、凸面反射镜均同轴设置。连接轴的轴身上设置销孔、键槽或外径缩小的连接颈。

本发明提供的一种内窥用检测探头，具有如下有益效果：

该型内窥用检测探头相对传统的微型摄像头而言，通过增加凸面反射镜进行成像；从而具有更广阔的观测视角，在同一个深度位置能够观测到周围环形区域内所有的管件内壁图像。同时，使用的凸面反射镜还可以通过凸面镜反射的畸变效应对局部区域进行放大，以便发现管件或设备腔体内壁上尺度较小的缺陷。

本发明提供的内窥用检测探头还增加了一个激光测距装置，该装置可以检测自身与管道或腔体端部之间的距离，进而为获取的内窥图像建立一个与深度相关的参考数据。便于检查人员在发现缺陷后，及时确定识别出的管内缺陷的具体位置。

附图说明

图1为本发明实施例1的窥膛装置中检测探头的剖面结构示意图。

图2为本发明实施例1中安装有反射挡板的智能化火炮窥膛装置的结构示意图。

图3为本发明实施例1的采用连接杆固定的凸面反射镜和相机的组合体的结构示意图。

图4为安装有图1中的检测探头的智能化火炮窥膛装置的正视图。

图5为本发明实施例2中凸面反射镜和相机采用罩筒连接时的结构示意图。

图6为本发明实施例2中采用罩筒连接的检测探头的整体结构示意图。

图7为本发明实施例3中安装有图6的检测探头的智能化火炮窥膛装置的结构示意图。

图8为本发明实施例3中智能化火炮窥膛装置的正视图。

图9为本发明实施例1的自适应扩张架的结构示意图。

图10为本发明实施例1中自适应扩张架拆除扩张杆后剩余部分的结构示意图。

图11为图10中自适应扩张架拆除扩张杆后剩余部分的正视图。

图12为本发明实施例3中扩张杆、第一连接环、第二连接环的装配示意图。

图13为图12的组合体中第一连杆和第二连杆铰接端安装滚轮后的结构示意图。

图14为本发明实施例3中第一连杆、第二连杆和滚轮的局部放大图。

图15为本发明实施例3的第一连接环的结构示意图。

图16为本发明实施例3中第二连接环的结构示意图。

图17为本发明实施例3中自适应扩张架处于变形状态的结构示意图。

图18为本发明实施例3中数据处理模块工作过程的流程图。

图19为本发明实施例4中安装有伸缩驱动组件的自适应扩张架的结构示意图。

图20为本发明实施例4中数据处理模块的模块示意图。

图21为本发明实施4中智能化火炮窥膛装置控制部分的模块连接示意图。

图中标记为：

1、检测探头；2、自适应扩张架；3、手持推杆；4、数据处理模块；5、显示模块；11、安装座；12、凸面反射镜；13、相机；14、照明装置；15、激光测距装置；16、连接轴；21、中心杆；22、第一连接环；23、第二连接环；24、扩张杆；25、调节环；26、弹簧；27、连接套；28、伸缩驱动组件；41、缺陷识别单元；42、位置标记单元；100、控制器；101、压力传感器；102、电源模块；103、无线图传模块；111、安装板；151、反射挡板；161、键槽；171、罩筒；172、连接杆；200、套环；201、第一连接耳；202、第二连接耳；241、第一连杆；242、第二连杆；243、滚轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实施例提供一种内窥用检测探头1，如图1所示，该检测探头1包括：安装座11、凸面反射镜12、相机13、照明装置14，以及激光测距装置15。

其中，凸面反射镜12通过连接件固定在安装座11的一端上，凸面反射镜12的反射面朝向安装座11，且安装座11和凸面反射镜12之间具有间隙。

相机13固定在安装座11内。相机13的镜头朝向凸面反射镜12，相机13和凸面反射镜12之间也具有间隙。相机13获取凸面反射镜12反射的图像；且凸面反射镜12和相机13同轴设置。本实施例中，安装座11内含有一个空腔，空腔内设有一块安装板111。相机13固定在安装板111上，且相机13的光轴位于安装座11的截面中心处。其中，相机13和凸面反射镜12之间的安装间距满足：在相机13的工作焦段下，相机13的取景范围至少包含凸面反射镜12的全部区域。

传统的内窥探头就是一个微型的相机13，通过相机13直接获取内窥探头前方的图像，为了获得更大范围内的图像，内窥探头通常会选择广角镜头。但是即使是这样，该相机13的取景区域依然较为有限，尤其对于一些需要获取周围内壁状况的管件内窥检测场景来说，这种传统的内窥探头使用效果较差，工作效率低。

而本实施例提供内窥用检测探头1在相机13前方设置了一个凸面反射镜12，相机13通过凸面反射镜12进行取像。使用过程中，检测探头1周围的物体上的光线经过凸面反射镜12的反射会进入到相机13内；而凸面反射镜12背面的图像因为受到遮挡并不会被相机13获取(这部分区域在管件内窥中为无效区域，如果采用传统探头，获取的目标图像的中央大部分区域均为无效区域)。因此，本实施例的相机13获取到的图像主要为凸面反射镜12和相机13之间周向的环形区域内的图像，即对应管件内壁环形区域的图像。使用该内窥用检测探头1后，检查人员无需转动或调整探头的角度，就可以在一个深度位置同时获取管道内部周围所有区域的图像，因此可以大大提升管件内壁的检查效率。

除了能够通过反射改变光路径，进而获取环形的目标区域内图像之外；本实施例中的凸面反射镜12的另一个作用是提高对管件内壁上微小缺陷的分辨率。凹面反射镜上反射的图像会产生一种特殊的畸变，即靠近凸面反射镜12中央区域的图像内的对象会被缩小，而靠近凸面反射镜12边缘的图像中的对象会被放大(事实上，本实施例中管件内壁更多地是呈现在凸面反射镜12中对应的放大区域的)。因此，当检测探头1向管件内部进给时，各个区域内的对象总会在某一个时刻呈现在被放大的区域内。因此，管件内壁上存在的微小缺陷在此时会被放大，更便于被发现。

照明装置14安装在安装座11上，用于对相机13取景的目标区域进行照明。本实施例的安装座11中，靠近相机13一侧的外周上设置环状的安装槽，照明装置14安装在安装槽内，照明装置14的照明区域为安装座11周围的区域，且照明区域的远端至少包括凸面反射镜12和相机13之间一段的周向范围。

在使用过程中，管件或腔体内通常是光线较暗的区域，因此需要配合照明装置14使用，以提升获取的内窥图像的质量。本实施例中照明装置14照明的区域主要为检测探头1四周的区域，对应相机13的取景的目标区域，而非检测探头1前方的区域。因此，本实施例在检测探头1的周围设置了环形的照明光源。具体地，本案将照明装置14的光源安装安装座11内的安装槽内，内陷的安装槽可以对照明装置14起到防护作用；避免照明装置14在使用过程中因为摩擦或与管件内壁接触而受损。

本实施例将激光测距装置15安装在安装座11上。激光测距装置15的检测方向指向安装座11的前端，用于获取自身与安装座11前端的遮挡物间的距离。其中，激光测距装置15发射的测距激光信号的传播方向平行于相机13和凸面反射镜12的连线方向。

在内窥检测过程中，针对发现的管件内壁缺陷，还需要记录缺陷的具体位置。本案中的激光测距装置15的作用就是为了测量检测探头1在管件内的深度信息，进而在发现缺陷时第一时间获取管件内缺陷和深度的对应关系。本实施例中的激光测距装置15是一种距离传感器，该传感器通过激光信号测量自身与障碍物的距离。在使用过程中，当检测探头1不断向管件内部深入时，激光测距装置15不断获取自身与管件底部的距离，该距离即为所需的深度信息。当用于从相机13获取的管件内壁图像中发现结构缺陷时，激光测距装置15也同时获取到了该结构缺陷的深度信息。

为了避免检测探头1中的其它部件对激光测距装置15发出的激光信号产生遮挡或干扰，本实施例可以将激光测距装置15安装在安装座11的侧面上，也可以安装在凸面反射镜12的背面.在其它实施例中，激光测距装置15也可以不属于监测检测探头1的一部分，而是属于配合检测探头1使用的一个配件，具体的激光测距装置15既可以安装在安装座11上，也可以安装在其它组件上。在本实施例中，将激光测距装置15安装在安装座11的侧面，且激光测距装置15属于检测探头1的一部分。

本实施例是通过测量检测探头1与前方障碍物的间距从而确定深度信息的。在其它实施例中，如图2所示，还可以将激光测距装置15反向安装，并在管道的出口处安装一块反射挡板151，并由激光测距装置15向管道出口处发射激光，进而实现测距。当然，在不影响其它部件功能的条件下，其它实施例中还可以采用能够获得深度信息的除本例以外的任意一种传感器或设备进行测量。例如，采用双目匹配相机13或结构光相机13进行图像处理进而实现深度检测的方法等等。

本实施例中的安装座11和凸面反射镜12之间采用连接杆172作为连接件固定连接。凸面反射镜12中球形反射面的周向位置设置向外延伸的连接缘，连接缘上设置一个或均匀设置多个连接孔。连接杆172一端固定在安装座11中靠近相机13的一侧上，另一端通过连接孔与凸面反射镜12可拆卸固定连接。

相机13和凸面反射镜12之间的间距控制是实施例中提供的技术方案的一个核心技术特征。技术人员需要根据相机13的焦距以及凸面反射镜12的曲面曲率等参数优化调整二者的安装间距。优化的目标是达到取景区域最大化且获取的图像质量最佳。调整完成后需要将相机13和凸面反射镜12的位置固定。如图3所示，本案中采用连接杆172进行固定连接，因此在安装时，连接杆172的数量应当尽可能少，且使用较细的杆件进行连接，从而降低连接杆172对相机13取景区域造成遮挡的影响。

本实施例中使用的凸面反射镜12为金属镜片，凸面反射镜12的反射面经过抛光处理，反射面的粗糙度值Ra≤0.05μm。本实施例使用经过“镜面抛光”的半球形圆板作为凸面反射镜12，这种凸面反射镜12可以满足本实施例的需求，且具有更好的耐候性，在使用过程中不容易损坏；能够提高检测探头1的使用寿命。当然在其它实施例中，也可以选择采用镀膜玻璃镜片或镀膜树脂镜片作为凸面反射镜12。其中，凸面反射镜12可以采用可拆卸的方式安装固定，进而便于在凸面反射镜12发生磨损，影响使用效果时进行更换。

本实施例中，相机13获取的图像对应的取景区域的大小不仅受到检测探头1中凸面反射镜12的影响，也跟相机13的参数和性能息息相关。为了提升本实施例中检测探头1获取的图像的质量和取景区域的大小，本实施例中的相机13选用具有超广角镜头的相机13，相机13在工作焦段下的视角不低于90°。同时，为了便于利用同一个检测探头1完成不同管径管件的内窥检测任务，提高检测探头1的通用性。本实施例中的相机13采用可变焦的相机13，并将相机13和凸面反射镜12的安装关系设置为距离可调的结构。

此外，本实施例的安装座11中远离相机13的一侧与一根连接轴16固定连接，连接轴16用于连接安装检测镜头的其它组件。连接轴16与相机13、凸面反射镜12均同轴设置。连接轴16的轴身上设置销孔、键槽161或外径缩小的连接颈。

如图4所示，连接轴16设置在检测探头1的尾端，主要是方便对检测探头1进行夹持或固定安装。本实施例的内窥用检测探头1在使用时需要深入到管件内腔中，因此需要使用相关机构对检测探头1进行安装，进而驱动检测探头1在管件内伸缩运动。本实施例中连接轴16就是预留的用于连接该伸缩运动调节机构的连接件。

实施例2

本实施例提供一种内窥用检测探头1，本实施例提供的检测检测探头1与实施例1相比，区别在于：本实施例采用另外一种方式完成凸面反射镜12和安装座11之间的安装。安装座11上靠近凸面反射镜12的一侧设有一个环状的凸缘。凸缘的外径与凸面反射镜12的外径相等；连接件为一个圆管状的罩筒171，罩筒171采用透明材质制备而成。罩筒171的一端套设在凸缘上，另一端套设在凸面反射镜12的外周上。

如图5和图6所示，本实施例采用一个透明的圆柱形的罩筒171代替了实施例1中的连接杆172；该罩筒171既实现了和连接杆172相同的支撑和限位作用，而且罩筒171和安装座11、凸面反射镜12三者还形成了一个封闭的腔体。相机13位于该腔体内，封闭腔体可以对内部的相机13以及凸面反射镜12进行防护；避免相机13与外界其它物体发生物理接触而损坏，防止凸面反射镜12被磨损而刮花，以及避免镜头表面沾染污物而影响获取的图像的质量。

同时，本实施例中的罩筒171可以采用具有高强度、高耐磨、高透明度和强耐候性能的钢化玻璃材质，或高透有机玻璃材质等。相对于连接杆172而言，本实施例中的罩筒171不会对相机13的取景区域产生遮挡，真正实现360°的全方位取景。使得相机13获取图像对应的检查区域进一步扩大，不留死角。

实施例3

本实施例提供的一种智能化火炮窥膛装置，如图7和图8所示，该智能化火炮窥膛装置包括检测探头1、自适应扩张架2、移动机构以及数据处理装置。其中，检测探头1即为实施例1或2中提供的检测探头1。使用时，窥膛装置的检测探头1插入到火炮的炮管前端，自适应扩张架2调整后与炮管的炮膛配合抵紧；移动机构驱动检测探头1在炮管内直线移动，数据处理装置将获取的数据输出，使得操作人员可以有效观察到炮膛内部各处的情况，并及时发现炮管内壁上存在的缺陷。

除了检查火炮的炮膛之外，本实施例提供的智能化火炮窥膛装置也可以用来检查其它任意一种管状结构的内腔，设备的通用性较强。

其中，窥膛装置中的检测探头1包括安装座11、凸面反射镜12、相机13、照明装置14以及激光测距装置15。相机13固定在安装座11上，相机13的镜头的取景方向朝外；凸面反射镜12通过连接件固定在安装座11上，凸面反射镜12的反射面朝向相机13的镜头，且相机13和凸面反射镜12之间存在间距，以使相机13至少能够完整获取凸面反射镜12上呈现的所有图像。照明装置14安装在安装座11上，用于对相机13取景范围内的目标区域进行照明。激光测距装置15安装在安装座11上；激光测距装置15的检测方向指向安装座11的前端，激光测距装置15用于获取自身与安装座11前端的遮挡物间的距离。

不同传统窥膛装置中使用微型摄像头作为探头；本实施例中的窥膛装置对检测探头1进行重新设计，利用凸面反射镜12来改变相机13的取景范围。本实施例的检测探头1中，相机13的镜头前方设置了一个凸面反射镜12，靠近相机13一侧的炮管内壁上的图像会反射在凸面反射镜12的镜面上，并被相机13的镜头捕捉。也就是说，凸面反射镜12的安装使得本实施例的检测探头1中相机13获取的图像主要集中于炮管内壁，而非整个炮管内腔。传统微型相机13在使用时能够获取镜头前方的图像，获取的图像中，炮膛前方的空腔部分占据了画面中央的一大部分。而这部分实际上是无效区域。而在本实施例提供的检测探头1中，获取的图像中大部分区域都是有效区域，因此该检测探头1的内窥效果更好。

另外，传统的微型相机13在检查时，只能获取特定方向上的管道内壁的图像，如果需要获取同一个深度位置不同方向的管壁的图像，则需要对探头的方向进行调整。而本实施例提供的检测探头1通过凸面反射镜12能够同时获得管件内四周所有区域的画面，检测探头1在炮膛内前进时，能同时获取各个方向上的炮管内壁情况，无需调整相机13的拍摄角度。因此可以大大降低内窥检查的操作难度，即使是未经过训练普通操作人员也可以很轻松地完成炮膛内窥检查任务，而不需要担心出现漏检或盲区。

凸面反射镜12的另外一个特点是在反射的画面中，对面在凸面反射镜12不同区域成像时会发生畸变。凸面反射镜12上成像的变形特点主要是靠近凸面反射镜12中心的画面中的对象会被缩小，而靠近凸面反射镜12边缘的画面中的对象则会被放大。本实施例的检测探头1有效利用了该特点，提升了该检测探头1对于炮管内壁中小尺寸目标的分辨能力。当检测探头1在炮膛内前进或后退时，炮管内壁特定位置存在的缺陷也会经历从画面中央移动到画面边缘，直至离开画面的过程。当该对象达到画面边缘时，凸面镜成像的畸变效应会使得该缺陷变大，进而更容易被检察人员发现。

本实施例的安装座11内设有空腔，空腔内设置一块安装板111。相机13固定在安装板111上，且相机13的镜头和凸面反射镜12同轴设置。凸面反射镜12、安装座11和相机13在装配时，需要结合相机13的焦距、已经凸面反射镜12的曲率等参数对相机13和凸面反射镜12的间距进行优化；以使得相机13获取的图像对应的炮管内壁的区域足够大，且获取的图像的质量足够清晰。

当确定凸面反射镜12和相机13的间距确定之后，需要对二者进行固定连接。本实施例中，凸面反射镜12和安装座11之间通过多根相互平行的连接杆172固定连接。凸面反射镜12的边缘处设置多个沿圆周均匀分布的连接孔。连接杆172一端与安装座11固定连接，另一端与凸面反射镜12通过边缘处的连接孔可拆卸连接。相机13获取的图像主要对应凸面反射镜12朝向相机13一侧的周围区域，为了避免连接杆172对相机13获取的图像造成遮挡，应当在保证结构稳定性的基础上，减少连接杆172的数量，并尽量采用更细的连接杆172。

检测探头1在内窥检查过程需要伸入到炮膛内部，炮膛内部的光线极弱，因此需要通过专门的照明装置14对相机13的取景区域的目标进行照明。提高获取的图像的亮度和清晰度。在本实施例中，通过照明装置14实现照明和补光。其中，安装座11中靠近相机13一侧的外周上设置环状的安装槽。照明装置14的光源位于安装槽内；安装槽上设置透明的盖板，且安装槽上的盖板的高度不高于安装座11的外表面。照明装置14的照明区域至少包括沿相机13和凸面反射镜12之间的周向范围。本实施例中照明装置14的安装方式和位置可以有效适配本实施例检测探头1中相机13的取景范围。采用环形的光源可以使得相机13四周的不同区域均能获得均匀稳定的照明效果，进而保证获取的图像中不同区域的图像质量也保持一致。同时，本实施例将光源安装在内陷的安装槽内，并在安装槽上设置透明的盖板，这些都可以对光源起到良好的防护作用，防止照明装置14在检测探头1运动过程中受到冲击或摩擦而损伤。

在内窥检测过程中，针对发现的管件内壁缺陷，还需要记录缺陷的具体位置。检测探头1中的激光测距装置15的作用是在检测探头1伸入到炮膛内部时，准确获取检测探头1在炮膛内的深度信息，该深度信息作为获取的炮管内部上的缺陷对应的位置信息的参考。本实施例中，相机13获取的图像对应的目标区域就是检测探头1周围的区域，而激光测距装置15获取的位置信息为自身在炮膛内的深度信息，因此通过激光测距装置15可以第一确定图像中检查到的炮膛内的缺陷对应的具体位置。

本实施例中的激光测距装置15是一种距离传感器，该传感器通过激光信号测量自身与障碍物的距离。在使用过程中，当检测探头1不断向管件内部深入时，激光测距装置15不断获取自身与管件底部的距离，该距离即为所需的深度信息。当用于从相机13获取的管件内壁图像中发现结构缺陷时，激光测距装置15也同时获取到了该结构缺陷的深度信息。

为了避免检测探头1中的其它部件对激光测距装置15发出的激光信号产生遮挡或干扰，本实施例可以将激光测距装置15安装在安装座11周向位置的侧面上，也可以安装在凸面反射镜12的背面。本实施例将激光测距装置15安装在安装座11的侧面。

本实施例是通过测量检测探头1与前方障碍物的间距从而确定深度信息的，在其它实施例中，还可以将激光测距装置15反向安装，并在管道的出口处安装一块反射挡板151，并由激光测距装置15向管道出口处发射激光，进而实现测距。当然，在不影响其它部件功能的条件下，其它实施例中还可以采用能够获得深度信息的除本例以外的任意一种传感器或设备进行测量。例如，采用双目匹配相机13或结构光相机13进行图像处理进而实现深度检测的方法等等。

本实施例中使用的凸面反射镜12为金属镜片，凸面反射镜12的反射面经过抛光处理，反射面的粗糙度值Ra≤0.05μm。本实施例使用经过“镜面抛光”的半球形圆板作为凸面反射镜12，这种凸面反射镜12可以满足本实施例的需求，且具有更好的耐候性，在使用过程中不容易损坏；能够提高检测探头1的使用寿命。当然在其它实施例中，也可以选择采用镀膜玻璃镜片或镀膜树脂镜片作为凸面反射镜12。其中，凸面反射镜12可以采用可拆卸的方式安装固定，进而便于在凸面反射镜12发生磨损，影响使用效果时进行更换。

本实施例中，相机13获取的图像对应的取景区域的大小不仅受到检测探头1中凸面反射镜12的影响，也跟相机13的参数和性能息息相关。为了提升本实施例中检测探头1获取的图像的质量和取景区域的大小，本实施例中的相机13选用具有超广角镜头的相机13，相机13在工作焦段下的视角不低于90°。同时，为了便于利用同一个检测探头1完成不同管径管件的内窥检测任务，提高检测探头1的通用性。本实施例中的相机13采用可变焦的相机13，并将相机13和凸面反射镜12的安装关系设置为距离可调的结构。

本实施例的窥膛装置还设计了一种自适应扩张架2，检测探头1安装在自适应扩张架2上。自适应扩张架2能够抵接在不同管径的炮管内部，同时保证检测探头1位于炮膛的中心轴线上，同时在检测探头1沿炮管的延伸方向运动时，使得检测探头1保持稳定不发生偏移和抖动。使用自适应扩张架2后，检测探头1沿着炮膛的中心轴线进行直线运动的过程中，相机13的光轴时刻保持与炮膛的中心轴线重合。此时，相机13的镜头通过前方的凸面反射镜12能够同时获得环形炮膛各个方向上的画面，且保证炮膛同一深度的环形区域在画面中均匀一致。这大大提高了检测探头1的检测效率。

如图9-11所示，本实施例中的自适应扩张架2包括中心杆21，第一连接环22、第二连接环23、扩张杆24以及调节环25。中心杆21的一端与检测探头1连接，另一端与一个移动机构连接。中心杆21上从靠近检测探头1的一端至另一端依次套设有第一连接环22、第二连接环23和调节环25。扩张杆24的数量为不少于4的偶数。具体地本实施例中的扩张杆24的数量为六根。如图12-14所示，每根扩张杆24均由第一连杆241和第二连杆242通过销轴铰接而成，铰接处的销轴上还设置有滚轮243。第一连杆241和第二连杆242为非等长杆；扩张杆24的两端分别铰接在第一连接环22和第二连接环23的外周上，且扩张杆24在第一连接环22或第二连接环23上按照长短交替的方式等间距安装。第一连接环22和第二连接环23相互靠近时，扩张杆24的铰接端向远离中心杆21的一侧伸出。调节环25用于调整第二连接环23在中心杆21上的位置，进而改变第一连接环22和第二连接环23之间的距离。

如图15和图16所示，第一连接环22和第二连接环23结构相同，二者均包括套环200和均匀分布在套环200周向上的多个连接耳。套环200的内径与中心杆21的外径相匹配。连接耳分为第一连接耳201和第二连接耳202，第一连接耳201和第二连接耳202在套环200上等间距交替排布。且第一连接耳201分布在套环200靠内的一侧上，用于连接扩张杆24中的短杆。第二连接耳202分布在套环200靠外周的一侧上，用于连接扩张杆24中的长杆。本实施例中的连接耳中含有一个销孔，第一连杆241和第二连杆242的两端均设有截面呈U型连接槽；U型槽上也设有销孔。第一连杆241和第二连杆242通过一根销轴将两个连接槽可转动固定连接，构成一种铰接结构。第一连杆241和第二连杆242与第一连接环22或第二连接环23则通过连接槽和连接耳构成另一类铰接结构，并通过销轴进行固定。在这种连接关系下，一个扩张杆24上共包括三个关节。分别是第一连接环22和第二连杆242的连接端构成的关节一，第一连杆241和第二连杆242的连接端构成的关节二，以及第二连杆242和第二连接环23的连接端构成的关节三。本实施例中每根扩张杆24上的三个可转动关节允许转动的方向均位于同一个平面上。

本实施例中的自适应扩张架2的工作原理在于：调节第一连接环22和第二连接环23的间距可以使得扩张杆24中的第一连杆241和第二连杆242折叠，进而改变第一连杆241和第二连杆242的夹角。第一连接环22和第二连接环23越靠近，第一连杆241和第二连杆242的夹角就越小，此时，第一连杆241和第二连杆242的铰接端就越向外隆起，并抵住炮膛的内壁。相应地，增大第一连接环22和第二连接环23的间距后，第一连杆241和第二连杆242的夹角扩大，此时扩张架中扩张杆24的铰接端就会与炮管的内壁脱离。其中，扩张杆24上连接的滚轮243可以使得自适应扩张架2在炮膛内滑动时更加顺畅。

特别地，本实施例中的第一连杆241和第二连杆242的其中一根为长杆，另一根为短杆。且扩张杆24与第一连接环22或第二连接环23装配时，按照长杆和短杆交替排列的方式完成装配。

采用本实施例中的这种扩张杆24及其装配方式的优点在于：当扩张杆24发生折叠变形时，其在管道内部上的抵接接触点的分布位置包括两个环形区域。具体可参见图17，图中的两个环形箭头即为自适应扩张架2抵紧炮膛内壁的区域。两个环形区域一个位于靠近第一连接环22的位置，即第一连接环22上连接的短杆的端部。另一个位于靠近第二连接环23的位置，即第二连接环23上连接的短杆的端部。抵接接触点为两组时，自适应扩张架2在炮膛内的抵接关系更加稳定，中心杆21端部连接的检测探头1仅仅可以沿炮膛中轴线的延伸方向进行水平移动，不可以进行俯仰调节。也就是说，在本实施例采用的这种扩张杆24的结构和装配关系的条件下，自适应控制架在管件内的运动状态被进一步限定，运动过程更加稳定，发生的偏移和抖动更小。

本实施例中，中心杆21上靠近调节环25的其中一段设有外螺纹，调节环25内设置内螺纹，调节环25在中心杆21的螺纹段上通过自旋实现沿中心杆21的延伸方向移动，进而调节第二连接环23和第二连接环23的间距。

此外，自适应扩张架2还包括一根弹簧26，弹簧26套设在中心杆21上，并位于第二连接环23和调节环25之间。弹簧26的作用一方面是对扩张架的扩张调节过程中产生的作用力进行缓冲。避免过度调节导致扩张架挤压管道内壁，造成管件变形或损伤。在安装弹簧26之后，当操作人员调整调节环25的位置时，调节环25通过弹簧26向第二连接环23施加平行于中心杆21延伸方向的作用力。当扩张架已经扩张到最大程度与管件内壁抵紧时，如果操作人员继续向内推动调节环25，弹簧26会通过自身的弹性形变(即弹簧压缩)吸收部分作用力。此时，第二连接环23不再向第一连接环22靠近，扩张杆24也不再继续变形。进而避免损伤管件内壁。

另一方面，弹簧26还具有辅助自适应扩张架2自动收缩复位的效果。例如，当用户不需要通过自适应扩张架2抵紧管件内壁后，可以将调节环25的锁定状态解除；此时，已经发生部分压缩形边的弹簧26会自动恢复至自然状态，弹簧26复位时会推动调节环25向远离第二连接环23的一侧移动，同时第二连接环23也会向调节环25靠近。这样，扩张杆24就实现了收缩复原，不再抵紧管件内壁。

本实施例检测探头1和自适应扩张架2可拆卸连接，且检测探头1和自适应扩张架2中的中心杆21同轴设置。具体地，检测探头1中安装座11的尾端设有连接轴16。自适应扩张架2的中心杆21上靠近第一连接环22一侧的端部设置有连接套27，连接套27内腔形状与连接轴16的外轮廓相匹配。连接套27的外壁上设置贯穿的螺纹孔，连接轴16上设置销孔、键槽161或外径缩小的连接颈。连接轴16和连接套27可拆卸连接，并通过一组蝶形螺母和螺栓锁定。当连接轴16和连接套27锁定时，螺栓插入到螺纹孔内，并抵紧连接轴16上的销孔、键槽161或连接颈。

移动机构用于驱动自适应控制架和检测探头1构成的组合体在炮膛内部沿炮管的延伸方向直线运动。本实施例中移动机构是一根手持推杆3，操作人员握住手持推杆3然后将检测探头1插入到炮膛内，并通过手持推杆3向内推动，使得检测探头1可以到达炮膛内的任意深度。当然在其它实施例中移动机构也可以采用其它能够实现相同功能的机构代替。例如，设置一个电动推杆，可以代替人工和手持推杆3，驱动检测探头1在炮膛内移动。

本实施例中，如图18所示，数据处理装置接收相机13获取的数据以及激光测距装置15的检测结果，并根据激光测距装置15的检测结果在相机13获取的逐帧的图像上添加一个位置标记信息，进而确定图像中的每个对象在管件内的深度信息。数据处理装置的用途就是将激光测距装置15测量到的检测探头1的深度数据融合到相机13拍摄的图像中。数据处理装置处理后，相机13输出的每帧图像中都添加了一个“深度尺”，“深度尺”可以是覆盖在原始图像上的蒙版，也可以是添加在原始图像侧面的拼接图像。当图像上包含深度信息之后，检查人员在图像中每发现一个缺陷或损伤，都可以立刻得到该缺陷或损伤在炮膛内的位置信息(即深度)；这给维修人员后期处理这些缺陷或损伤提供数据支持。提高维修人员维保工作效率。在本实施例中，数据处理装置将处理后的图像数据传输到一个外接的显示器进行显示，显示器不属于本实施例提供的窥膛装置的一部分。在其它实施例中，窥膛装置也可以包括一个内置的显示器，数据处理装置将处理后的数据传输到内置的显示器上进行显示。

为了使得本实施例提供的一种智能化火炮窥膛装置性能和优点更加清楚，以下结合窥膛装置的使用过程对窥膛装置进行进一步的详细说明：

操作人员利用本实施例的智能化火炮窥膛装置进行炮膛检查时，首先打开设备开关。此时，相机13、照明装置14、激光测距装置15开启并完成初始化。接着操作人员将检测探头1和自适应扩张架2插入到炮膛的前端，然后旋拧调节环25，使得调节环25向第二连接环23处移动。调节环25、弹簧26和第二连接环23接触后，继续旋拧调节环25，第二连接环23收到挤压向第一连接环22出移动，第一连接环22和第二连接环23的间距变小。第一连接环22和第二连接环23逐渐靠近的过程中，扩张杆24中的第一连杆241和第二连杆242发生折叠，二者的夹角变小，第一连杆241和第二连杆242的铰接端上的滚轮243抵住炮管内壁，并保持卡紧状态。这时，操作人员不再继续旋拧调节环25。最后，操作人员通过手持推杆3将自适应扩张杆24和推入到炮膛内部，并通过输出内窥画面观测炮膛内部是否存在磨损和点蚀等缺陷。操作人员发现缺陷后，及时记录下缺陷的类型，以及深度等位置信息。

实施例4

本实施例提供一种智能化火炮窥膛装置，本实施例与实施例3的区别在于：

本实施例中的中心杆21为光轴，且中心杆21上设置一个伸缩驱动组件28。如图19所示，伸缩驱动组件28用于驱动调节环25沿中心杆21的延伸方向直线运动。本实施例中的伸缩驱动组件28选择电缸；电缸的推杆端部连接在调节环25上。通过电缸的伸缩运动调整调节环25的位置，进而改变第一连接环22和第二连接环23的间距，实现自适应扩张架2的状态调整。

此外，为了提高内窥检测的智能化程度，本实施在数据处理模块4中使用了一些智能化的机器学习算法辅助人工进行缺陷识别和检测。相对于常规的人工检查识别而言，机器识别的效率更高，准确性也相对较高，经过实际验证之后，机器识别的可靠性也相对更好。同时，在得到机器识别的结果之后，检查人员还可以根据需要利用存储的图像数据对该识别结果进行人工复核，进一步提高检测结果的可靠性。

具体地，如图20所示，本实施例中的数据处理模块4包含一个缺陷识别单元41和一个位置标记单元42。缺陷识别单元41用于对相机13获取的视频数据进行分帧处理得到逐帧的图像；然后从各帧图像中识别出管件内壁上存在的各类缺陷；并为识别出的每一个缺陷赋予一个专属的编号。位置标记单元42用于根据测距装置的检测结果为缺陷识别单元41在逐帧图像中识别出的每一个缺陷标定一个与深度有关的位置信息。数据处理模块4还将包含缺陷识别结果和位置标定信息的逐帧图像输出到一个显示模块5中进行显示。

本实施例中，数据处理模块4为炮管的截面圆设置一个0°坐标，然后利用角度信息表征各个缺陷在炮管上的特定深度的环形区域上具体的位置分布。对于识别并提取出的特定的炮管内部缺陷而言，深度信息可以结合测距装置的检测结果计算得到，角度信息可以通过对相机13获取的全景图像进行切割和数据处理后获得。确定了深度信息和角度信息之后，缺陷在炮管内的具体位置便唯一确定了。

本实施例的数据处理模块4还可以统计出某个炮管中所有炮管内部缺陷的数量，其统计方法具体如下：

数据处理模块4在提取出某个缺陷后，计算出该缺陷的位置信息。在不同帧图像中，数据处理模块4对提取出的具有同一位置信息的炮管内部缺陷进行合并处理，然后为新增的炮管内部缺陷赋予一个新的编号，进而根据编号统计炮管内部缺陷的具体数量。为了进一步提高该火炮窥膛装置的智能性，还可以基于图像识别技术开发出缺陷分类统计和缺陷面积计算等功能。

本实施例中，数据处理模块4获取和生成的数据传输到一个显示模块5，显示模块5用于显示经过处理后的包含缺陷识别结果和位置标定信息的逐帧图像。同时，显示模块5还可以分屏显示在检测过程中，已经提取出的所有缺陷的局部图像、缺陷的位置信息，以及其它所需的特征信息(如缺陷类型和缺陷面积等)。

本实施例中，如图21所示，在火炮窥膛装置内置有电源模块102，并通过自带的电源模块102进行供电。同时该火炮窥膛装置还安装有无线图传模块103，火炮窥膛装置通过无线图传模块103将处理后的图像传输到显示器中进行显示。通过上述措施去除了设备中部分线缆，使得该火炮窥膛装置使用起来更加方便。

在本实施例，为了进一步降低操作人员的工作负荷，将火炮窥膛装置中的手动推杆改进为可伸缩的液压缸或第一电动推杆。通过自动化的机械驱动相机13在炮膛内移动。在本实施例或其它实施例中，还可以在滚轮243表面设置压力传感器101。同时采用一个控制器100对火炮窥膛装置中的所有电控元件或装置进行协调控制。本实施例中压力传感器101和伸缩驱动组件28等均与控制器100电连接，由控制器100获取相关的检测数据并驱动相关的执行机构。此时，数据处理模块4属于控制器100中的一个功能模块。

在本实施例中，控制器100向伸缩驱动组件28下达控制指令，使得自适应扩张架2扩张。在自适应扩张架2扩张过程中，压力传感器101检测值达到预设的阈值时，表示滚轮243已经抵紧炮膛内部，控制器100控制伸缩驱动组件28停止调整动作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种内窥用检测探头，其特征在于，其包括：

安装座；

凸面反射镜，其通过连接件固定在所述安装座的一端上，所述凸面反射镜的反射面朝向所述安装座，且所述安装座和所述凸面反射镜之间具有间隙；

相机，其固定在所述安装座内；所述相机的镜头朝向所述凸面反射镜，所述相机和所述凸面反射镜之间也具有间隙；所述相机获取所述凸面反射镜反射的图像；且所述凸面反射镜和所述相机同轴设置；

照明装置，其安装在所述安装座上，用于对所述相机取景范围内的目标区域进行照明；以及

激光测距装置，所述激光测距装置的检测方向指向所述安装座的前端，用于获取自身与安装座前端的遮挡物间的距离。

2.根据权利要求1所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述安装座内含有一个空腔，所述空腔内设有一块安装板；所述相机固定在安装板上，且所述相机的光轴位于所述安装座的截面中心处。

3.根据权利要求1所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述相机和所述凸面反射镜之间的安装间距满足：在所述相机的工作焦段下，所述相机的取景范围至少包含所述凸面反射镜的全部区域。

4.根据权利要求3所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述相机选用具有超广角镜头的相机，所述相机在工作焦段下的视角不低于90°。

5.根据权利要求1所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述安装座上靠近所述凸面反射镜的一侧设有一个环状的凸缘；所述凸缘的外径与所述凸面反射镜的外径相等；所述连接件为一个圆管状的罩筒，所述罩筒采用透明材质制备而成；所述罩筒的一端套设在所述凸缘上，另一端套设在所述凸面反射镜的外周上。

6.根据权利要求5所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述罩筒采用透明的钢化玻璃或有机玻璃材质。

7.根据权利要求1所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述安装座和凸面反射镜之间采用连接杆作为连接件固定连接；所述凸面反射镜中球形反射面的周向位置设置向外延伸的连接缘，所述连接缘上设置一个或均匀设置多个连接孔；所述连接杆一端固定在安装座中靠近所述相机的一侧上，另一端通过所述连接孔与所述凸面反射镜可拆卸固定连接。

8.根据权利要求1所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述安装座靠近相机一侧的外周上设置环状的安装槽，所述照明装置的光源安装在所述安装槽内，所述照明装置的照明区域为安装座周围的区域，且照明区域的远端至少包括所述凸面反射镜和所述相机之间一段的周向范围。

9.根据权利要求1所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述凸面反射镜为金属镜片，其反射面经过抛光处理，所述凸面反射镜的反射面的粗糙度值Ra≤0.05μm。

10.根据权利要求1所述的内窥用检测探头，其特征在于：所述安装座中远离所述相机的一侧与一根连接轴固定连接，所述连接轴用于连接安装所述检测镜头的其它组件；所述连接轴与所述相机、所述凸面反射镜均同轴设置；所述连接轴的轴身上设置销孔、键槽或外径缩小的连接颈。

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