CN215067516U - 一种内窥镜及内窥检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种内窥镜及内窥检测系统，内窥镜包括管道、反射镜、用于缩小反射镜上光束面积的会聚透镜、像面和用于使图像清晰呈现在像面的成像透镜组；反射镜、成像透镜组和像面依次设置在管道内，管道具有通孔，会聚透镜位于通孔，光线通过会聚透镜传播到反射镜，反射镜反射的光线通过成像透镜组到达像面。内窥检测系统包括图像传感模块、检测模块、USB接口模块和内窥镜；图像传感模块用于将像面采集的图像进行转换，并通过USB接口模块传送到检测模块。本实用新型的一种内窥镜，可在小的零件内实现检测，成本低，有益于系统的产品化。本实用新型的一种内窥检测系统，检测速度快且检测精准率高。

Description

一种内窥镜及内窥检测系统

技术领域

本实用新型涉及内窥镜技术领域，具体而言，尤其涉及一种内窥镜及内窥检测系统。

背景技术

工业用内窥镜检测是无损检测中目视检测的一种，工业用内窥镜检测与其他无损检测方式最大的不同是，它可以在无需拆卸被检测体，直接反映出被检测物体内外表面的情况(如：裂纹、毛刺、焊缝等内表面质量)。并且在检测的同时，还可与照相机、摄像机或电子计算机耦接，组成照相、摄像和图象处理系统，从而进行视场目标的监视、记录、贮存和图象分析，并能对发现的缺陷进行定量分析，测量缺陷的长度，面积等数据。

工业用内窥镜检测在各个行业中应用非常的广泛，涉及到机械、化工、汽车制造、航空航天、铁路工程车辆、和运输车辆的开发制造，维护检修等不同的领域，甚至在工程的基建过程，如桥梁和隧道的建造，维修中也能找到工业用内窥镜的应用。

在现有技术中，一些零件内部的视场角很小，对微小内部进行检测是很困难的，一般的内窥镜难以实现，且成本高，寿命短，不利于系统的产品化。还有的光学物距不满足光学要求，导致图像不清晰。内窥镜的检测时间较长，操作时间长，操作人员容易劳累，并且在劳累状态下很容易碰伤或刮伤观测物，对观测物造成一定的损坏。

实用新型内容

本实用新型目的一种内窥镜及内窥检测系统，其能够解决前述技术问题中的至少一个。具体地，其技术方案如下：

一种内窥镜，包括管道、反射镜、用于缩小所述反射镜上光束面积的会聚透镜、像面和用于使图像清晰呈现在所述像面的成像透镜组；

所述反射镜、所述成像透镜组和所述像面依次设置在所述管道内，所述管道具有通孔，所述会聚透镜位于所述通孔，光线通过所述会聚透镜传播到所述反射镜，所述反射镜反射的光线通过所述成像透镜组到达所述像面。

在一个具体实施例中，所述通孔的直径为2mm～10mm。

在一个具体实施例中，所述反射镜的几何中心、所述成像透镜组的几何中心和所述像面的几何中心位于同一水平上。

在一个具体实施例中，所述会聚透镜中垂线与所述成像透镜组中垂线垂直，所述会聚透镜中垂线与所述成像透镜组中垂线垂直具有一交点，所述反射镜设置在所述交点处。

在一个具体实施例中，所述反射镜倾斜设置在所述管道内，所述成像透镜组和所述像面分别与所述管道的中轴线垂直设置。

一种内窥检测系统，包括图像传感模块、检测模块、USB接口模块和所述内窥镜；

所述图像传感模块用于将所述像面采集的图像进行转换，并通过所述 USB接口模块传送到所述检测模块。

在一个具体实施例中，所述图像传感模块具有图像传感器，所述图像传感器的最大分辨率为1944±50×1096±50，所述图像传感器的像素尺寸为6.46±0.006μm×6.46±0.006μm。

在一个具体实施例中，所述图像传感模块具有存储器，转换后的所述图像保存在所述存储器中。

在一个具体实施例中，还包括显示模块，所述显示模块连接所述检测模块。

在一个具体实施例中，所述显示模块包括显示器。

本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型的一种内窥镜，可在小的零件内实现检测，成本低，有益于系统的产品化。

本实用新型的一种内窥检测系统，检测速度快且检测精准率高。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是实施例1内窥镜成像系统的几何结构示意图；

图2是实施例1中内窥镜光路系统示意图；

图3是实施例1中内窥镜的结构示意图；

图4是实施例2中内窥检测系统示意图。

主要元件符号说明：

1-像面；2-成像透镜组；3-反射镜；4-管道；5-零件；6-会聚透镜。

具体实施方式

实施例1

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，图1为内窥镜成像系统的几何结构示意图，其中，θ为对称式成像系统的半视场角，W_l为非对称式成像系统的半视场角，l为观测范围。

成像系统的几何结构通常有两种结构，一种为对称式结构，图中具有θ的三角形；另一种为非对称式结构，图中具有W_l的三角形。对称式的结构一般用于旋转式的内窥镜中；非对称式结构一般用于多个成像系统拼接式或者观测内壁特定区域，在这种结构中，可在较小的视场角下，观测较大的区域。

常用的零件5内壁检测方案主要分为两种：(1)旋转式；(2)多图像拼接式。基于零件5内部的尺寸，本实施例选择旋转式，通过硬管将图像传出；因为，如选择多图像拼接式，以视场角120°为例，则需要3套光学成像系统，在如此小的零件5内较难实现，且成本高，不利于系统的产品化。

如图2所示，图2为一种内窥镜光路系统示意图，光路设计图中包括反射镜3、用于缩小反射镜3上光束面积的会聚透镜6、像面1和用于使图像清晰呈现在像面1的成像透镜组2，像面1、成像透镜组2和反射镜 3依次设置，具体的，像面1、成像透镜组2和反射镜3依次设置在同一水平线上，会聚透镜6在反射镜3上方或下方，光线通过会聚透镜6传播到反射镜3，经过反射镜3反射的光线通过成像透镜组2到达像面1。

如图3所示，图3为内窥镜的结构示意图。内窥镜包括管道4、反射镜3、用于缩小反射镜3上光束面积的会聚透镜6、像面1和用于使图像清晰呈现在像面1的成像透镜组2。

反射镜3、成像透镜组2和像面1依次设置在管道4内，管道4具有通孔，会聚透镜6位于通孔，光线通过会聚透镜6传播到反射镜3，反射镜3 反射的光线通过成像透镜组2到达像面1。具体的，反射镜3的几何中心、成像透镜组2的几何中心和像面1的几何中心位于同一水平上，反射镜3 倾斜设置在管道4内，成像透镜组2和像面1分别与管道4的中轴线垂直设置，会聚透镜6中垂线与成像透镜组2中垂线垂直或像面1中垂线垂直，会聚透镜6中垂线与成像透镜组2中垂线垂直具有一交点，反射镜3设置在交点处。优选的，管道4为硬管，基于零件5内部的尺寸，本实施例选择旋转式，通过硬管将图像传出，优选的，通孔的直径为2mm～10mm。本实用新型可在小的零件5内实现检测，成本低，有益于系统的产品化。

本实用新型通过光纤束导光的方式将光能传输至通孔附近实现照明，可支持在长度为5mm～50mm的深孔内进行检测，光学系统根据零件 5和硬管之间的相对位置关系设计，在旋转和平移时，零件轴和硬管轴之间的平行是需要外部机械结构来保证，在该测量装置中，零件5和内窥镜硬管均需要专有机械装置固定，一旦零件5和硬管之间的位置固定了，物距就确定了。

本实施例以旋转式内窥成像系统为基础，拟采用旋转和平移零件的技术手段并且针对零件设计机械旋转和步进的结构，与内窥检测系统配套。

实施例2

本实施例提供了一种内窥检测系统。如图4所示，图4为内窥检测系统示意图。

一种内窥检测系统，包括图像传感模块、用于检测图像的检测模块、USB接口模块和实施例1的内窥镜。图像传感模块连接内窥镜，USB接口模块连接图像传感模块，检测模块连接USB接口模块。在本实施例中，还具有显示模块，显示模块连接检测模块，在别的实施例中，可以没有显示模块，根据需求，增加或删除显示模块，优选的，显示模块包括显示器。

优选的，图像传感模块具有存储器、图像传感器，图像传感器包括 CMOS和CCD，CCD为电荷耦合器件，CMOS互补金属氧化物半导体， CCD和CMOS是获取数字图像的两种不同的器件，CMOS或CCD将像面 1采集到的图像进行转换并保存在存储器中。图像传感器的最大分辨率为 1944±50×1096±50，像素尺寸为6.46±0.006μm×6.46±0.006μm。在本实施例中，最大分辨率为1944×1096，像素尺寸为6.46μm×6.46μm，单帧图像大小为2MB。内窥镜的最终成像分辨率同光学系统和图像传感器都有较大关系，本实施例设计中首要考虑的是要观测的裂纹大小，因此需要较高的分辨率，本实施例的分辨率可以到5线对/毫米以上。

在对CMOS或CCD镜头固定安装模式时，采用上下运动,保证工件旋转360度不超过1S，工件垂直升降每次6mm误差1mm，孔径5mm以下需要顶管模式，成本较高，本实施例暂不使用，在不考虑成本的情况下可考虑采用，为了节约成本，本实施例使用直径5mm及以上的侧视镜头，在对深孔进行检测时，升降、旋转需要5s左右，一个孔检测完成需要的时间主要取决于零件旋转和步进的速度，与光学成像系统的速度关系不大，整体考虑可在10秒以内检查完50mm深孔，相比于其他的内窥检测系统，本实施例的检测速度快。

在检测过程中，有两种方法可实现最终的检测：1)人工检测，即通过人眼睛实时观测；2)软件算法检测，将图像存储下来，通过软件算法检测。零件5的旋转速度与图像传感器的匹配也是系统关键技术之一，通常决定于系统的视场角，一般来讲图像传感器的成像帧率f需满足如下公式：

其中θ为半视场角。图像传感模块用于将像面1采集的图像进行转换，并通过USB接口模块传送到检测模块。检测模块可将得到的图像数据进行检测。本实用新型的一种内窥检测系统，零件5内部光线暗淡或者具有死角等问题，导致人眼无法直接检测，导致判断出现误差，相比于人眼直接检测，本实施例的检测精准率高。

在USB接口模块中，如保证在1s内完成检测，则需传输30—40帧图像(零件旋转式移动)，传输带宽为60M—80M，USB3.0完全满足设计需求，具体如下：

以检测直径7mm，长度30mm的零件5为例，设计轴向视场角为60 度，单帧检测的轴向范围为4mm，根据CMOS传感器的大小比例(1944 ×1096)，径向的视场角约为100度，因此要拍摄一周，即360度的全景，需要4幅图像。单次4mm的拍摄范围要覆盖30mm的范围，需要移动7 次。综上，共需要8×4帧图像才能够覆盖30mm，360度的范围。

实际设计中，视场角会高于60度，但会根据畸变情况调整，最小不低于60度。USB3.0的协议速度应该在500MB，测试速度约在150MB，实际使用中平均速度在60M左右，因此USB3.0完全满足带宽需求。

本实施例2其它特征与实施例1相同，不再赘述。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种内窥镜，其特征在于，包括管道、反射镜、用于缩小所述反射镜上光束面积的会聚透镜、像面和用于使图像清晰呈现在所述像面的成像透镜组；

所述反射镜、所述成像透镜组和所述像面依次设置在所述管道内，所述管道具有通孔，所述会聚透镜位于所述通孔，光线通过所述会聚透镜传播到所述反射镜，所述反射镜反射的光线通过所述成像透镜组到达所述像面。

2.根据权利要求1所述的一种内窥镜，其特征在于，所述通孔的直径为2mm～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种内窥镜，其特征在于，所述反射镜的几何中心、所述成像透镜组的几何中心和所述像面的几何中心位于同一水平线上。

4.根据权利要求3所述的一种内窥镜，其特征在于，所述会聚透镜中垂线与所述成像透镜组中垂线垂直，所述会聚透镜中垂线与所述成像透镜组中垂线垂直具有一交点，所述反射镜设置在所述交点处。

5.根据权利要求3所述的一种内窥镜，其特征在于，所述反射镜倾斜设置在所述管道内，所述成像透镜组和所述像面分别与所述管道的中轴线垂直设置。

6.一种内窥检测系统，其特征在于，包括图像传感模块、检测模块、USB接口模块和如权利要求1-4任一项所述内窥镜；

所述图像传感模块用于将所述像面采集的图像进行转换，并通过所述USB接口模块传送到所述检测模块。

7.根据权利要求6所述的一种内窥检测系统，其特征在于，所述图像传感模块具有图像传感器，所述图像传感器的最大分辨率为1944±50×1096±50，所述图像传感器的像素尺寸为6.46±0.006μm×6.46±0.006μm。

8.根据权利要求6所述的一种内窥检测系统，其特征在于，所述图像传感模块具有存储器，转换后的所述图像保存在所述存储器中。

9.根据权利要求6所述的一种内窥检测系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块连接所述检测模块。

10.根据权利要求9所述的一种内窥检测系统，其特征在于，所述显示模块包括显示器。

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