CN116539627B - 内窥镜探头、三维测量内窥镜及探伤方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种内窥镜探头、三维测量内窥镜及探伤方法，内窥镜探头包括探头基座、第一摄像头、第二摄像头、摄像头移动结构、光发射结构和柔性关节。第一摄像头和第二摄像头均可活动地连接于探头基座上，且沿探头基座的宽度方向分别布置于探头基座的两侧；摄像头移动结构与第一摄像头和第二摄像头驱动连接，以使第一摄像头和第二摄像头沿探头基座的宽度方向彼此靠近或远离；光发射结构连接于探头基座上，光发射结构用于摆动地发射光束；柔性关节的第一端与探头基座连接，柔性关节的第二端与插入管连接。本申请的内窥镜探头具有视野范围大，检测精度高等优点。由于本申请的三维测量内窥镜具有该内窥镜探头，因此，也具有该内窥镜探头的优点。

Description

内窥镜探头、三维测量内窥镜及探伤方法

技术领域

本申请属于内窥镜技术领域，更具体地说，是涉及一种内窥镜探头、三维测量内窥镜及探伤方法。

背景技术

工业内窥镜是一种用于检查和观察工业设备内部情况的设备。它可以伸入到人眼难以直接观察到的设备内部，对设备内部的表面缺陷进行检查和维护，广泛应用于航空、汽车、船舶、电气等领域。

工业内窥镜一般由镜头、光学系统、图像采集与传输系统等组成的。镜头是工业内窥镜的核心部分，它负责采集图像数据，并将其传输到图像采集与传输系统中。光学系统则用于调整镜头的焦距和视角，确保图像的清晰度和质量。图像采集与传输系统则负责将镜头采集到的图像数据传输到计算机或显示器上，以便进行分析和处理。

由于工业内窥镜一般需要通过较狭小的检修口，才能将镜头伸入待检测位置，因此，工业内窥镜需要选择直径较小的镜头，这也导致了工业内窥镜的视野受到了限制，只能拍摄到设备内部的部分区域。此外，由于镜头直径较小，工业内窥镜的检测精度也相对较低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种内窥镜探头、三维测量内窥镜及探伤方法，以解决现有技术中存在的工业内窥镜视野较小、检测精度不高的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

提供一种内窥镜探头，包括：

探头基座；

第一摄像头和第二摄像头，均可活动地连接于所述探头基座上，且沿所述探头基座的宽度方向分别布置于所述探头基座的两侧；

摄像头移动结构，与所述第一摄像头和所述第二摄像头驱动连接，以使所述第一摄像头和所述第二摄像头沿所述探头基座的宽度方向彼此靠近或远离；

光发射结构，连接于所述探头基座上，所述光发射结构用于发射光束；

柔性关节，所述柔性关节的第一端与所述探头基座连接，所述柔性关节的第二端与插入管连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

可选的，还包括可拆卸连接于所述探头基座的反射组件，所述反射组件包括第一反射件和第二反射件，均铰接连接于所述探头基座上，所述第一反射件位于所述第一摄像头的视场区间内，且所述第一反射件用于将光线反射至所述第一摄像头；所述第二反射件位于所述第二摄像头的视场区间内，且所述第二反射件用于将光线反射至所述第二摄像头；

反射件调节结构，与所述第一反射件和所述第二反射件驱动连接，以调节所述第一反射件和所述第二反射件的反射倾角。

可选的，所述第一摄像头和所述第二摄像头沿所述探头基座的宽度方向彼此对称地布置于所述探头基座的两侧；摄像头移动结构用于驱动所述第一摄像头和所述第二摄像头沿所述探头基座的宽度方向彼此对称地靠近或远离。

可选的，所述摄像头移动结构包括菱形铰接框架和第一驱动件，所述菱形铰接框架包括沿第一对角线方向且彼此相对布置的第一铰接轴和第二铰接轴，沿第二对角线方向且彼此相对布置的第三铰接轴和第四铰接轴，所述第一摄像头连接于所述第一铰接轴，所述第二摄像头连接于所述第二铰接轴，所述第三铰接轴连接于所述探头基座，所述第四铰接轴与所述第一驱动件驱动连接。

可选的，所述第一反射件和第二反射件彼此对称地连接于所述探头基座上，所述反射件调节结构用于对称地调节所述第一反射件和所述第二反射件的反射倾角。

可选的，所述反射件调节结构包括第二驱动件，以及对称布置地第一传动件和第二传动件，所述第一传动件的一端与所述第一反射件铰接连接，所述第一传动件的另一端与所述第二驱动件铰接连接；所述第二传动件的一端与所述第二反射件铰接连接，所述第二传动件的另一端与所述第二驱动件铰接连接。

可选的，所述第一反射件包括反射镜面部和杠杆部，所述杠杆部铰接连接于所述探头基座上，所述反射镜面部连接于所述杠杆部的一端，所述第一传动件连接于所述杠杆部的另一端。

可选的，所述基座本体上还包括基座对中结构，所述基座对中结构用于将所述基座本体的轴线与检修孔的轴线对中，所述基座对中结构包括多个绕所述基座本体的圆周方向布置的液压腔，可伸缩地连接于所述液压腔内的止抵件和弹性件，所述止抵件的一端伸出所述液压腔，所述止抵件的另一端将所述液压腔分隔为第一腔体和第二腔体，且所述第一腔体与相邻的所述液压腔的第二腔体连通，所述弹性件的一端连接于所述止抵件，所述弹性件的另一端连接于所述液压腔。

本申请还提供一种三维测量内窥镜，包括内窥镜主机、插入管和上述的内窥镜探头，所述内窥镜探头连接于所述插入管的第一端，所述内窥镜主机连接于所述插入管的第二端。

本申请还提供一种基于上述的三维测量内窥镜的探伤方法，包括如下步骤：

将内窥镜探头伸入至待探测位置；

展开第一摄像头和第二摄像头；

展开第一反射件和第二反射件，且调节第一反射件和第二反射件的反射倾角使第一摄像头的视场和第二摄像头的视场重合；

光发射结构在第一摄像头的视场和第二摄像头的视场内往复摆动地发射光束；

将第一摄像头和第二摄像头中光点的亮度值进行对比，或者，将第一摄像头或第二摄像头中当前亮度与上一亮度值进行对比；亮度值差异超过设定的阈值时，标定该位置为缺陷位置；

通过第一摄像头和第二摄像头对缺陷位置进行测量。

本申请提供的一种内窥镜探头、三维测量内窥镜及探伤方法的有益效果在于：

本申请提供的一种内窥镜探头，包括探头基座、第一摄像头、第二摄像头、摄像头移动结构、光发射结构和柔性关节。第一摄像头和第二摄像头均可活动地连接于探头基座上，且沿探头基座的宽度方向分别布置于探头基座的两侧；摄像头移动结构与第一摄像头和第二摄像头驱动连接，以使第一摄像头和第二摄像头沿探头基座的宽度方向彼此靠近或远离；光发射结构连接于探头基座上，光发射结构用于摆动地发射光束；柔性关节的第一端与探头基座连接，柔性关节的第二端与插入管连接。

相比于传统的内窥镜探头，本申请的内窥镜探头能够在伸入狭窄的检修孔或检修缝时，收拢第一摄像头和第二摄像头，以减小内窥镜探头在径向方向的尺寸；在伸入至待检测空间时，展开第一摄像头和第二摄像头，获得更大的镜头中心距B，以提高双目测距时的精度。通过柔性关节带动第一摄像头和第二摄像头在±180°的弯曲范围之间摆动，扩大了探头的可探测视野。因此，本申请的内窥镜探头具有视野范围大，检测精度高等优点。

本申请提供的一种三维测量内窥镜，包括内窥镜主机、插入管和上述实施例的内窥镜探头，内窥镜探头连接于插入管的第一端，内窥镜主机连接于插入管的第二端。由于该内窥镜具有上述内窥镜探头，因此，也具有上述内窥镜探头的优点。

本申请提供的探伤方法包括，将内窥镜探头伸入至待探测位置；展开第一摄像头和第二摄像头；展开第一反射件和第二反射件，且调节第一反射件和第二反射件的反射倾角使第一摄像头的视场和第二摄像头的视场重合；光发射结构在第一摄像头的视场和第二摄像头的视场内往复摆动地发射扫描光束；将第一摄像头和第二摄像头中光点的亮度值进行对比，或者，将第一摄像头或第二摄像头中当前亮度与上一亮度值进行对比；亮度值差异超过设定的阈值时，标定该位置为缺陷位置；通过第一摄像头和第二摄像头对缺陷位置进行测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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为本申请提供的三维测量内窥镜的立体结构示意图；

图2为本申请提供的三维测量内窥镜的插入管和内窥镜探头的主视结构示意图；

图3为本申请提供的内窥镜探头的第一使用状态的主视结构示意图；

图4为本申请提供的内窥镜探头的第一使用状态的立体结构示意图；

图5为本申请提供的内窥镜探头的第二使用状态的立体结构示意图；

图6为本申请提供的内窥镜探头的第二使用状态的主视结构示意图；

图7为本申请提供的内窥镜探头的缩回状态的主视结构示意图；

图8为本申请提供的内窥镜探头的缩回状态的剖视结构示意图；

图9为本申请提供的内窥镜探头的第三使用状态的拆解结构示意图；

图10为本申请提供的内窥镜探头的第三使用状态的主视结构示意图；

图11为本申请提供的内窥镜探头的第三使用状态的立体结构示意图；

图12为图11中的局部放大结构示意图；

图13为本申请提供的内窥镜探头的第三使用状态的俯视结构示意图；

图14为本申请提供的内窥镜探头的第四使用状态的立体结构示意图；

图15为本申请提供的内窥镜探头的第四使用状态的俯视结构示意图；

图16为本申请提供的内窥镜探头的探头基座的剖视结构示意图；

图17为本申请提供的三维测量内窥镜的第一工作状态结构示意图；

图18为本申请提供的三维测量内窥镜的第二工作状态结构示意图；

图19为本申请提供的三维测量内窥镜的第二工作状态的视场示意图一；

图20为本申请提供的三维测量内窥镜的第二工作状态的视场示意图二。

图21为双目测距原理示意图。

其中，图中各附图标记：

1、探头基座；11、基座本体；12、伸缩件；13、伸缩驱动件；14、液压腔；15、止抵件；16、弹性件；2、第一摄像头；3、第二摄像头；4、摄像头移动结构；41、菱形铰接框架；411、第一铰接轴；412、第二铰接轴；413、第三铰接轴；414、第四铰接轴；42、第一驱动件；5、第一反射件；51、反射镜面部；52、杠杆部；6、第二反射件；7、反射件调节结构；71、第二驱动件；72、第一传动件；73、第二传动件；8、光发射结构；9、待检测空间；10、柔性关节；17、内窥镜主机；18、插入管。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

工业内窥镜是一种用于检查和观察工业设备内部情况的设备，它可以伸入到人眼难以直接观察到的设备内部，对设备内部的表面缺陷进行检查和维护，在航空航天、汽车制造等领域广泛应用。

工业内窥镜的硬件部分一般由镜头、插入管、主机和信号接口组成。镜头通常采用CCD摄像头，镜头一般位于插入管的前端，由插入管带动镜头伸入设备内部。为便于镜头穿过孔隙，镜头的直径通常设计在几毫米至几十毫米不等。插入管是用于连接镜头和主机之间的线缆部分，插入管内贯穿有视频信号线缆、导向丝、以及导光光纤等，是镜头和主机之间的信号传输桥梁。主机的内部集成有控制系统、显示屏、操控面板、电池等组件，主机能够接收来自镜头的信号，也能发送控制镜头工作的信号。主机内还搭载有工业内窥镜的软件部分，例如操作系统软件、以及图像处理软件等。工业内窥镜在使用时，将镜头伸入至待检测空间9，利用镜头捕获待检测空间9内的影像，通过数字信号传输及处理技术，将检测图像以图片或视频的形式呈现在主机的显示屏上。

通常检修孔的尺寸远远小于待检测空间9的尺寸，要想工业内窥镜的镜头能够顺利通过检修孔伸入待检测空间9，则需要镜头的直径小于检修孔的直径，从而导致镜头的直径通常较小，这也导致了镜头的视野受到了限制，镜头只能拍摄到设备内部极其有限的区域。

本申请的发明人为了解决这一问题，想到的具体解决办法是：可以在待检测空间9内贴设标定点或者标定参照点作为计算基点，从而对待检测空间9以及表面缺陷处进行检测。根据其第一个解决思路，想要在待检测空间9内贴设标定点，不仅需要克服如果将标定点伸入待检测空间9以及从待检测空间9取出的难题，而且标定点带来的胶渍也容易污染待检测空间9。根据其第二个解决思路，在镜头的视场范围内标定某个具有特异性的点作为参照点，其他点的位置均参照该点的关系来进行计算。但由于镜头的视野范围有限，镜头的视场范围内可能难以找到符合要求的参照点；另外，在一些内壁光滑的待检测空间9，根本不具有特异性参照点的时候，该方案则无法适用。

为了解决这一问题，发明人还想到可以通过设置双目镜头，根据双目测距原理来对待检测空间9以及表面缺陷处进行检测。

双目测距是对两幅镜头成像图像的视差进行计算，直接对物点进行距离测量。双目测距的原理与人眼相似。人眼能够感知物体的远近，是由于两只眼睛对同一个物体呈现的图像存在差异，也称“视差”。物体距离越远，视差越小；反之，视差越大。

如图21所示，P是待测物体上的某一点（检测点），OR与OT分别是两个镜头的光心，点P在两个镜头感光器上的成像点分别为p和p’(镜头的成像平面经过旋转后放在镜头的前方)，f为相机焦距，B为两相机中心距，Z为我们想求得的检测点位置信息，设点p到点p’的距离为dis，则：

根据相似三角形原理：

可得：

公式中，焦距f和镜头中心距B可通过标定得到，因此，只要获得了（即视差d）的值，即可求得检测点的深度信息。

双目测距实际操作时需要经过相机标定、双目校正、双目匹配以及计算深度信息等4个步骤。

相机标定：摄像头由于光学透镜的特性使得成像存在着径向畸变，可由三个参数，/>，/>确定；由于装配方面的误差，传感器与光学镜头之间并非完全平行，因此成像存在切向畸变，可由两个参数/>，/>确定。单个摄像头的定标主要是计算出摄像头的内参（焦距f和成像原点/>，/>、五个畸变参数（一般只需要计算出/>，/>，/>，/>，对于鱼眼镜头等径向畸变特别大的才需要计算/>））以及外参（标定物的世界坐标）。而双目摄像头定标不仅要得出每个摄像头的内部参数，还需要通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置（即右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R、平移向量t）。

双目校正：双目校正是根据摄像头定标后获得的单目内参数据（焦距、成像原点、畸变系数）和双目相对位置关系（旋转矩阵和平移向量），分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致、两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐。这样一幅图像上任意一点与其在另一幅图像上的对应点就必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜索即可匹配到对应点。

双目匹配以及计算深度信息：双目匹配的作用是把同一场景在左右视图上对应的像点匹配起来，这样做的目的是为了得到视差图。双目匹配被普遍认为是立体视觉中最困难也是最关键的问题。得到视差数据，通过上述原理中的公式就可以很容易的计算出深度信息。

双目测距相比于单目测距具有更高的测量精度，无需预设标记点，无需反复测量等优点。在双目测距的实践中表明，当双目镜头的中心距B越大，测量精度越高。但是，受内窥镜镜头尺寸的限制，想要在内窥镜上设置双目镜头，不仅要选择比单目镜头更小的摄像头，而且还需要两个摄像头尽可能地紧靠在一起，以使内窥镜镜头尺寸最小。在内窥镜中，双目镜头的中心距B往往难以增大，这与增大中心距B提高测量精度的技术手段形成一对天然的矛盾。而且，由于双目镜头中单个摄像头的尺寸更小，单个摄像头的视野也会更小，检测精度也会更低，这与想要实现的技术效果是完全背道而驰的。

申请人经过多年的研究和改进，创造性地研发出一种内窥镜探头和内窥镜，其技术核心是通过可活动的双目镜头，在伸入狭窄的检修孔或检修缝时，收拢双目镜头，减小内窥镜镜头的尺寸，使内窥镜镜头顺利通过检修孔或检修缝；当内窥镜镜头达到待检测空间9时，再展开双目镜头，增大双目镜头的中心距B，从而提高双目测距时的精度。另外，还借助反射件扩大内窥镜镜头的可视范围。详细介绍参见如下说明。

如图2至图8所示，本申请提供一种内窥镜探头，包括探头基座1、第一摄像头2、第二摄像头3、摄像头移动结构4、光发射结构8和柔性关节10。第一摄像头2和第二摄像头3均可活动地连接于探头基座1上，且沿探头基座1的宽度方向分别布置于探头基座1的两侧；摄像头移动结构4与第一摄像头2和第二摄像头3驱动连接，以使第一摄像头2和第二摄像头3沿探头基座1的宽度方向彼此靠近或远离；光发射结构8连接于探头基座1上，光发射结构8用于发射光束；柔性关节10的第一端与探头基座1连接，柔性关节10的第二端与插入管连接。

其中，探头基座1是其他部件的安装载体，也是用于内窥镜探头与插入管连接的连接载体。第一摄像头2和第二摄像头3构成内窥镜探头的双目镜头。探头基座1的宽度方向具体是指与探头基座1的轴向垂直的方向，包括径向方向、切线方向和割线方向等。根据双目测距原理，第一摄像头2和第二摄像头3分别从两个位置对待检测空间9的表面上的物点或者表面缺陷进行拍摄测距；根据各物点的相对位置信息，还能在三维软件中逆向模拟出待检测空间9的三维模型，更直观地显示待检测空间9以及表面缺陷的形状和位置。摄像头移动结构4能够带动第一摄像头2和第二摄像头3沿探头基座1的宽度方向彼此靠近或远离，从而改变第一摄像头2和第二摄像头3之间的间距，即双目测距公式中的镜头中心距B。当内窥镜探头需要通过较狭窄的检修孔或检修缝时，摄像头移动结构4驱动第一摄像头2和第二摄像头3彼此靠近，以使第一摄像头2和第二摄像头3处于收拢状态，从而减小内窥镜探头在径向方向的尺寸，以便顺利通过检修孔或检修缝；当内窥镜探头伸入至待检测空间9时，摄像头移动结构4驱动第一摄像头2和第二摄像头3彼此远离，以使第一摄像头2和第二摄像头3处于展开状态，此时第一摄像头2和第二摄像头3的间距增大，即镜头中心距B增大，以便减小双目测距时的误差，提高双目测距时的精度。光发射结构8用于向待检测空间9内发射检测光束（例如发散光束、准直光束、激光、光栅等），以对待检测空间9进行照明。进一步的，光发射结构8可摆动地向待检测空间9内发射检测光束，以扩大光发射结构8的照射范围。当光发射结构8发射的检测光束为激光时，激光打在待检测空间9内壁上的光点还能作为标定点（检测点），以便在两幅镜头成像图像中进行取点计算。柔性关节10具体是一种拟蛇态的仿生柔性关节，柔性关节10由多个关节单元和引导丝组成，多个关节单元沿引导丝的长度方向依次铰接连接，柔性关节10内至少设有两根间隔布置的引导丝，通过牵引引导丝伸缩，能够控制柔性关节10按对应的方向弯曲成对应的角度。柔性关节10能够带动第一摄像头2和第二摄像头3在±180°的弯曲范围之间摆动，从而扩大了探头的可探测视野。

相比于传统的内窥镜探头，本申请的内窥镜探头能够在伸入狭窄的检修孔或检修缝时，收拢第一摄像头2和第二摄像头3，以减小内窥镜探头在径向方向的尺寸；在伸入至待检测空间9时，展开第一摄像头2和第二摄像头3，获得更大的镜头中心距B，以提高双目测距时的精度。通过柔性关节10带动第一摄像头2和第二摄像头3在±180°的弯曲范围之间摆动，扩大了探头的可探测视野。因此，本申请的内窥镜探头具有视野范围大，检测精度高等优点。

本申请的发明人在进一步改进时发现，当柔性关节10的弯曲幅度较大（例如大于90°）时，由于柔性关节10的弯曲运动为非线性的柔性运动，受柔性关节10的非线性变形曲率影响，将难以精准地计算出内窥镜探头相对待检测空间9的具体空间位置，也难以准确地计算出表面缺陷的具体空间位置和形状大小等。为解决这一问题：发明人想到，在不弯曲柔性关节10的前提下，通过设置反射组件，将第一摄像头2和第二摄像头3后方的光束反射至第一摄像头2和第二摄像头3内，既能够扩大第一摄像头2和第二摄像头3的视野范围，又能够避免柔性关节10的非线性变形曲率的影响。

如图9至图15所示，在本申请的一个实施例中，还包括可拆卸连接于探头基座1的反射组件，反射组件包括第一反射件5、第二反射件6和反射件调节结构7。第一反射件5和第二反射件6均铰接连接于探头基座1上，第一反射件5位于第一摄像头2的视场区间内，且第一反射件5用于将光线反射至第一摄像头2；第二反射件6位于第二摄像头3的视场区间内，且第二反射件6用于将光线反射至第二摄像头3；反射件调节结构7与第一反射件5和第二反射件6驱动连接，以调节第一反射件5和第二反射件6的反射倾角。

其中，为防止反射组件遮挡第一摄像头2和第二摄像头3正前方的视野，在不使用反射组件时，将反射组件从探头基座1上拆下；当第一摄像头2和第二摄像头3用于检测后方视野内的待检测空间9时，再将第一反射件5和第二反射件6安装至探头基座1上。反射组件的具体可拆卸连接方式可以为螺纹连接、插接连接、卡扣连接等。第一反射件5和第二反射件6能够将来自第一摄像头2和第二摄像头3后方的光束反射至第一摄像头2和第二摄像头3中，从而不需要第一摄像头2和第二摄像头3弯曲时，也能接收到第一摄像头2和第二摄像头3后方的光束，扩大第一摄像头2和第二摄像头3的视野范围。反射件调节结构7能够调节第一反射件5和第二反射件6的反射倾角，以使第一摄像头2和第二摄像头3的检测视场重合，再通过双目测距原理，计算得到物点的准确的位置信息。

如图3和图4所示，在本申请的一个实施例中，第一摄像头2和第二摄像头3沿探头基座1的宽度方向彼此对称地布置于探头基座1的两侧；摄像头移动结构4用于驱动第一摄像头2和第二摄像头3沿探头基座1的宽度方向彼此对称地靠近或远离。

将第一摄像头2和第二摄像头3沿探头基座1的宽度方向对称地布置，且对称地运动，能够减小第一摄像头2和第二摄像头3的位置移动偏差带来的计算变量，从而有助于简化计算过程，减小测距误差。

如图9和图12所示，在本申请的一个实施例中，摄像头移动结构4包括菱形铰接框架41和第一驱动件42，菱形铰接框架41包括沿第一对角线方向且彼此相对布置的第一铰接轴411和第二铰接轴412，沿第二对角线方向且彼此相对布置的第三铰接轴413和第四铰接轴414，第一摄像头2连接于第一铰接轴411，第二摄像头3连接于第二铰接轴412，第三铰接轴413连接于探头基座1，第四铰接轴414与第一驱动件42驱动连接。

其中，菱形铰接框架41由四个等长的连杆组成，四个连杆依次首尾铰接连接围合形成菱形铰接框架41。第一铰接轴411、第二铰接轴412、第三铰接轴413和第四铰接轴414分别位于菱形铰接框架41的四个对角位置。根据菱形铰接框架41的运动特性，当菱形铰接框架41沿第一对角线方向收缩时，菱形铰接框架41将沿第二对角线方向伸展；当菱形铰接框架41沿第一对角线方向伸展时，菱形铰接框架41将沿第二对角线方向收缩。设第一对角线方向为探头基座1的宽度方向，第二对角线方向为探头基座1的轴向方向。当第一驱动件42驱动第四铰接轴414沿第二对角线方向伸展时，位于第一对角线方向上的第一摄像头2和第二摄像头3能够彼此对称地靠近，以减小内窥镜探头在径向方向的尺寸；当第一驱动件42驱动第四铰接轴414沿第二对角线方向收缩时，第一摄像头2和第二摄像头3能够彼此对称地远离，以增大镜头中心距B。第一驱动件42具体可以为液压/气压缸、电动推杆、丝杠螺母机构、齿轮齿条机构等。

如图10和图11所示，在本申请的一个实施例中，第一反射件5和第二反射件6彼此对称地连接于探头基座1上，反射件调节结构7用于对称地调节第一反射件5和第二反射件6的反射倾角。

将第一反射件5和第二反射件6对称地连接于探头基座1上，且通过反射件调节结构7对称地调节反射倾角，不仅是为了能够将光束反射给对称布置的第一摄像头2和第二摄像头3中，也是为了减小第一反射件5和第二反射件6的位置移动偏差带来的计算变量，从而有助于简化计算过程，减小测距误差。

如图11所示，在本申请的一个实施例中，反射件调节结构7包括第二驱动件71，以及对称布置地第一传动件72和第二传动件73，第一传动件72的一端与第一反射件5铰接连接，第一传动件72的另一端与第二驱动件71铰接连接；第二传动件73的一端与第二反射件6铰接连接，第二传动件73的另一端与第二驱动件71铰接连接。

由于第一传动件72和第二传动件73对称地连接在第二驱动件71上，第二驱动件71能够驱动第一传动件72和第二传动件73对称地运动，并带动第一反射件5与第二反射件6对称地运动。如图1所示，当第二驱动件71向前伸出，且使第一传动件72和第二传动件73之间的夹角为180°时，第一反射件5与第二反射件6呈收拢状态，彼此面对地布置；如图6所示，当第二驱动件71向后缩入时，第一传动件72和第二传动件73之间的夹角变小，第一传动件72和第二传动件73牵引对应的第一反射件5和第二反射件6对称地向外展开。其中，第二驱动件71具体可以为液压/气压缸、电动推杆、丝杠螺母机构、齿轮齿条机构等。第一传动件72和第二传动件73具体可以为连杆等。

如图11所示，在本申请的一个实施例中，第一反射件5包括反射镜面部51和杠杆部52，杠杆部52铰接连接于探头基座1上，反射镜面部51连接于杠杆部52的一端，第一传动件72连接于杠杆部52的另一端。

其中，反射镜面部51的一面为镜面，用于将光束反射至第一摄像头2。杠杆部52与探头基座1的铰接位置即为杠杆部52的支点，通过第一传动件72驱动杠杆部52绕支点转动，从而调节反射镜面部51的反射倾角。同样的，第二反射件6上也设置有反射镜面部和杠杆部。第二反射件6的反射镜面部将光束反射至第二摄像头3，通过第二传动件73驱动第二反射件6的杠杆部绕支点转动，从而调节第二反射件6的反射镜面部的反射倾角。

如图5和图11所示，在本申请的一个实施例中，探头基座1包括基座本体11、伸缩件12和伸缩驱动件13，第一摄像头2、第二摄像头3、第一反射件5、第二反射件6和光发射结构8均连接于伸缩件12上，伸缩件12可伸缩地连接于基座本体11上，伸缩驱动件13连接于基座本体11上，且与伸缩件12驱动连接。

其中，基座本体11用于支撑在检修孔或检修缝上。伸缩件12能够带动第一摄像头2、第二摄像头3、第一反射件5、第二反射件6和光发射结构8伸缩移动至待检测空间9内的预定位置，使第一摄像头2和第二摄像头3处于最佳工作位置。伸缩驱动件13用于驱动伸缩件12伸缩。伸缩驱动件13具体可以为液压/气压缸、电动推杆、丝杠螺母机构或者齿轮齿条机构等。

工业内窥镜在使用时，通常是使用者手持插入管，将镜头伸入带检测空间。由于镜头未做任何固定，使用者手部的抖动容易传导至镜头，造成镜头晃动，降低了镜头成像的稳定性。为解决这一问题，本申请的发明人想到给探头基座1上增加固定支架，但由于检修孔或检修缝的形状和尺寸不一，简单的固定支架难以适用各种复杂的检测环境。

如图9和图16所示，在本申请的一个实施例中，探头基座1上还包括基座对中结构，基座对中结构用于将探头基座1的轴线与检修孔的轴线对中。基座对中结构包括多个绕探头基座1的圆周方向布置的液压腔14，可伸缩地连接于液压腔14内的止抵件15和弹性件16，止抵件15的一端伸出液压腔14，止抵件15的另一端将液压腔14分隔为第一腔体和第二腔体，且第一腔体与相邻的液压腔14的第二腔体连通，弹性件16的一端连接于止抵件15，弹性件16的另一端连接于液压腔14。

其中，各止抵件15受弹性件16的弹性支撑，弹性止抵于检修孔的孔壁，从而起到固定基座本体11的作用，防止使用者手部的抖动传导至镜头。并且，由于各液压腔14依次连通，当其中一个止抵件15压缩时，该液压腔14中第一腔体的油液进入相邻的液压腔14的第二腔体，迫使相邻的液压腔14中的止抵件15同步压缩；依次传导后，能够使各止抵件15实现同步伸缩的功能，从而将基座本体11的轴线始终与检修孔的轴线对中。

如图1和图2所示，本申请还提供一种三维测量内窥镜，包括内窥镜主机17、插入管18和上述实施例的内窥镜探头，内窥镜探头连接于插入管18的第一端，内窥镜主机17连接于插入管的第二端。

其中，内窥镜主机17上集成有控制系统、显示屏、操控面板、电池等，内窥镜主机17上搭载操作系统软件、以及图像处理软件等。内窥镜主机17能够接收来自内窥镜探头的信号，也能发送控制内窥镜探头工作的信号。插入管18是用于连接内窥镜探头和内窥镜主机17之间的线缆部分，插入管18内贯穿有视频信号线缆、导向丝、以及导光光纤等，是内窥镜探头和内窥镜主机17之间的信号传输桥梁。由于该内窥镜具有上述实施例中的内窥镜探头，因此，也具有上述实施例中的内窥镜探头的优点。本申请的三维测量内窥镜适用于工业测量、检修探伤等，属于一种工业内窥镜。

如图17至图21所示，本申请还提供一种基于上述实施例的三维测量内窥镜的探伤方法，包括如下步骤：

在第一摄像头2和第二摄像头3处于收拢状态时，利用插入管将内窥镜探头从检修孔或检修缝伸入待检测空间9；当内窥镜探头伸入至适宜深度时，停止插入管继续伸入，内窥镜探头依靠基座对中结构与检修孔的轴线对中，或与检修缝的中心线对中；

当使用内窥镜探头探测前方和/或侧向的待检测空间9时，通过柔性关节10的弯曲带动内窥镜探头对准待探测位置，或者，伸缩件12带动第一摄像头2和第二摄像头3伸入至待检测空间9的适宜位置，以便第一摄像头2和第二摄像头3的视场能够覆盖至待探测位置；如果待检测空间9的深度较小，或者不需要第一摄像头2和第二摄像头3进一步伸入待检测空间9时，则可以不启动伸缩件12；

当使用内窥镜探头探测后方的待检测空间9时，则需加装第一反射件5和第二反射件6，并调节第一反射件5和第二反射件6的反射倾角，使第一摄像头2和第二摄像头3的视场重合；

内窥镜探头定位后，展开第一摄像头2和第二摄像头3，使第一摄像头2和第二摄像头3之间的间距（双目镜头的中心距B）达到最大；

光发射结构8往复摆动以向待检测空间9发射扫描光束（例如激光）；

由于扫描光束或光点经过表面缺陷时，表面缺陷会吸收或反射部分光束，从而导致不同方向接收到的反射光束的亮度不一。因此，可以将第一摄像头2和第二摄像头3中接收到的反射光束或反射光点的进行亮度对比，当第一摄像头2中反射光束或反射光点的亮度值与第二摄像头3中反射光束或反射光点的亮度值的差异超过设定的阈值（例如∆＞±2%）时，标定该反射光束或反射光点的位置为表面缺陷位置；

或者，在第一摄像头2或第二摄像头3中，分别将接收到的反射光束或反射光点的当前亮度值与上一亮度值对比，当前亮度值与上一亮度值的差异超过设定的阈值（例如∆＞±2%）时，标定该反射光束或反射光点的位置为表面缺陷位置。

根据双目测距原理，计算得到各反射光束或反射光点的位置信息，并根据标定的表面缺陷位置信息，得到表面缺陷在待检测空间9中的准确位置和形状大小。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种内窥镜探头，其特征在于，包括：

探头基座（1）；

第一摄像头（2）和第二摄像头（3），均可活动地连接于所述探头基座（1）上，且沿所述探头基座（1）的宽度方向分别布置于所述探头基座（1）的两侧；

摄像头移动结构（4），与所述第一摄像头（2）和所述第二摄像头（3）驱动连接，以使所述第一摄像头（2）和所述第二摄像头（3）沿所述探头基座（1）的宽度方向彼此靠近或远离；

光发射结构（8），连接于所述探头基座（1）上，所述光发射结构（8）用于发射光束；

柔性关节（10），所述柔性关节（10）的第一端与所述探头基座（1）连接，所述柔性关节（10）的第二端与插入管连接；

还包括可拆卸连接于所述探头基座（1）的反射组件，所述反射组件包括：

第一反射件（5）和第二反射件（6），均铰接连接于所述探头基座（1）上，所述第一反射件（5）位于所述第一摄像头（2）的视场区间内，且所述第一反射件（5）用于将光线反射至所述第一摄像头（2）；所述第二反射件（6）位于所述第二摄像头（3）的视场区间内，且所述第二反射件（6）用于将光线反射至所述第二摄像头（3）；

反射件调节结构（7），与所述第一反射件（5）和所述第二反射件（6）驱动连接，以调节所述第一反射件（5）和所述第二反射件（6）的反射倾角，以使所述第一摄像头（2）和所述第二摄像头（3）的检测视场重合，通过双目测距原理，计算得到物点的准确的位置信息；

在不弯曲所述柔性关节（10）的前提下，通过设置上述反射组件，将第一摄像头（2）和第二摄像头（3）后方的光束反射至第一摄像头（2）和第二摄像头（3）内，从而扩大第一摄像头（2）和第二摄像头（3）的视野范围及避免柔性关节（10）的非线性变形曲率的影响。

2.如权利要求1所述的内窥镜探头，其特征在于，所述第一摄像头（2）和所述第二摄像头（3）沿所述探头基座（1）的宽度方向彼此对称地布置于所述探头基座（1）的两侧；摄像头移动结构（4）用于驱动所述第一摄像头（2）和所述第二摄像头（3）沿所述探头基座（1）的宽度方向彼此对称地靠近或远离。

3.如权利要求1所述的内窥镜探头，其特征在于，所述摄像头移动结构（4）包括菱形铰接框架（41）和第一驱动件（42），所述菱形铰接框架（41）包括沿第一对角线方向且彼此相对布置的第一铰接轴（411）和第二铰接轴（412），沿第二对角线方向且彼此相对布置的第三铰接轴（413）和第四铰接轴（414），所述第一摄像头（2）连接于所述第一铰接轴（411），所述第二摄像头（3）连接于所述第二铰接轴（412），所述第三铰接轴（413）连接于所述探头基座（1），所述第四铰接轴（414）与所述第一驱动件（42）驱动连接。

4.如权利要求1所述的内窥镜探头，其特征在于，所述第一反射件（5）和第二反射件（6）彼此对称地连接于所述探头基座（1）上，所述反射件调节结构（7）用于对称地调节所述第一反射件（5）和所述第二反射件（6）的反射倾角。

5.如权利要求4所述的内窥镜探头，其特征在于，所述反射件调节结构（7）包括第二驱动件（71），以及对称布置地第一传动件（72）和第二传动件（73），所述第一传动件（72）的一端与所述第一反射件（5）铰接连接，所述第一传动件（72）的另一端与所述第二驱动件（71）铰接连接；所述第二传动件（73）的一端与所述第二反射件（6）铰接连接，所述第二传动件（73）的另一端与所述第二驱动件（71）铰接连接。

6.如权利要求5所述的内窥镜探头，其特征在于，所述第一反射件（5）包括反射镜面部（51）和杠杆部（52），所述杠杆部（52）铰接连接于所述探头基座（1）上，所述反射镜面部（51）连接于所述杠杆部（52）的一端，所述第一传动件（72）连接于所述杠杆部（52）的另一端。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的内窥镜探头，其特征在于，所述探头基座（1）上还包括基座对中结构，所述基座对中结构用于将所述探头基座（1）的轴线与检修孔的轴线对中，所述基座对中结构包括多个绕所述探头基座（1）的圆周方向布置的液压腔（14），可伸缩地连接于所述液压腔（14）内的止抵件（15）和弹性件（16），所述止抵件（15）的一端伸出所述液压腔（14），所述止抵件（15）的另一端将所述液压腔（14）分隔为第一腔体和第二腔体，且所述第一腔体与相邻的所述液压腔（14）的第二腔体连通，所述弹性件（16）的一端连接于所述止抵件（15），所述弹性件（16）的另一端连接于所述液压腔（14）。

8.一种三维测量内窥镜，其特征在于，包括内窥镜主机、插入管和如权利要求1至7中任意一项所述的内窥镜探头，所述内窥镜探头连接于所述插入管的第一端，所述内窥镜主机连接于所述插入管的第二端。

9.一种基于如权利要求8中所述的三维测量内窥镜的探伤方法，其特征在于，包括如下步骤：

将内窥镜探头伸入至待探测位置；

展开第一摄像头（2）和第二摄像头（3）；

展开第一反射件（5）和第二反射件（6），且调节第一反射件（5）和第二反射件（6）的反射倾角使第一摄像头（2）的视场和第二摄像头（3）的视场重合；

光发射结构（8）在第一摄像头（2）的视场和第二摄像头（3）的视场内往复摆动地发射光束；

将第一摄像头（2）和第二摄像头（3）中光点的亮度值进行对比，或者，将第一摄像头（2）或第二摄像头（3）中当前亮度与上一亮度值进行对比；亮度值差异超过设定的阈值时，标定该位置为缺陷位置；

通过第一摄像头（2）和第二摄像头（3）对缺陷位置进行测量。