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工业视频内窥镜技术是工业无损检测的重要应用

更新时间:2019-11-19 18:10:37
工业视频内窥镜技术是工业无损检测的重要手段,可以实现产品缺陷的实时检测和典型缺陷尺寸的自动测量。
提出了一种工业视频内窥镜的标定方法,提出了一种用于工业视频内窥镜长度、宽度和面积标定的视频内窥镜标定装置的设计思想。
利用所设计的标定装置进行了实验,进一步证明了标定方案的可行性。
工业内窥镜可对发动机、燃气轮机、工业管道、液压模具、容器、铸件、阀体、变速箱等不可拆卸或易于拆卸的特殊设备的内表面进行无损检测。
水、油或危险区域内的窄间隙、表面缺陷、焊接条件、装配质量和设备状态。
内窥镜技术又称“探孔技术”,主要分为三种技术:硬管内窥镜、光纤内窥镜和视频内窥镜[1-3]。
硬管内窥镜探头不可弯曲,限制了其应用范围。
光纤内窥镜克服了刚性管内窥镜的缺点,可以以任何姿态进入被测区域,但只能定性判断受损部位,不能满足现代工业设备的测量要求。
视频内窥镜是一种带CCD摄像机的内窥镜检测设备,可用于生产中。
产品缺陷的实时检测和典型缺陷尺寸的自动测量是现代工业重要零部件无损检测的主要手段。
本文主要研究视频内窥镜技术。
作为一种无需在线维护就能了解机器内部状况的测量技术,视频内窥镜测量结果的准确性将直接影响技术人员对机械性能判断的准确性。
这包括监测、维护和更换,涉及安全和效率两个重要方面。
因此,建立内窥镜技术的测量与校准系统具有十分重要的意义。
视频内窥镜技术。
视频内窥镜是集光、电、数据处理于一体的先进技术。
它在机械制造和机械维修领域,特别是在发动机状态检修领域,发挥着越来越重要的作用。
在成像原理上,视频内窥镜与传统的光学内窥镜有本质区别。
它不通过光学透镜或光纤传输图像,而是通过CCD摄像机将光信号转换成电信号,通过图像处理系统显示缺陷图像和测量结果。
视频内窥镜的便利性、良好的人机环境、强大的存储和测量功能是其他内窥镜无法比拟的。
视频内窥镜可分为阴影法、双物镜法和三维相位扫描法。
单物镜阴影测量技术是利用阴影投影和三角几何来完成测量的。
原理如图1所示。
首先,在光源的照射下,将镜头前的黑色划痕产生的阴影投射到被测物体上,从而计算出探头与被测物体之间的距离。
然后,根据与接收边界的阴影距离计算缺陷的大小。
边界位置的确定取决于透镜和CCD核心膜的位置,CCD核心膜决定了接收光的角度范围是固定的,所以当物体和探头之间的距离固定时,阴影的位置是固定的,并且是从接收边界唯一的。
单物镜阴影测量技术的优点是:单窗口图像,图像放大率大,分辨率高,测量误差小于3%;

缺点是测量相对位置要求较高,即要求探头与被测物平面相对垂直,或要求阴影线与被测部位重合,完成尺寸测量。

与传统内窥镜相比,视频内窥镜能够准确测量缺陷的大小,并与标准数据进行比较,满足内部缺陷测量的要求。
特别是对于发动机的核心部件,视频内窥镜测量通常决定是否应该在机翼排更换发生故障的发动机。
据不完全统计,约90%的非常规发动机更换与内窥镜的测量结果直接相关。
因此,跟踪视频内窥镜的测量值就显得尤为重要,它是测量数据准确性的保证,就像我们使用带精度证明的直尺和不带精度证明的直尺一样。
测量是可以测量的,但如果没有准确的证据,数据的可靠性就无法保证。
因此,对视频内窥镜进行校准,可以有效地减少维修工作的时间、人力、物力和财力的浪费。
2视频内窥镜的校准方法。
视频内窥镜可以精确测量内表面缺陷的几何尺寸,如长度、深度、面积等参数,因此还需要考虑校准问题。
目前,国内对内窥镜校准技术的研究主要集中在探测器的照度、工作范围、视场、工作长度、工作直径和分辨率等方面[6-7]。
其校准基于以下方面[6-7]。这方面的研究不多。
在国外,工业视频内窥镜的可追溯性使用厂家提供的校准块,以简化应用前的校准。
如图4所示,校准试块是一个封闭的金属腔体,其上靠近孔(前视图和侧视图)有两个管镜探头,在试块内部设有标准标记装置。
米制和英制长度的凹槽通常由线状目标组成。
视频内窥镜校准模块。
在国外,视频内窥镜的标定方法只针对线宽的标定,而不针对视频内窥镜的长度和面积。
同时,标定中只考虑完整性测量方法,不考虑倾斜测量的标定。
但这种方法在实际测量中最为常见,而且完整性测量和倾斜测量的精度很差[4],所以这种标定方法并不全面。
本文对视频内窥镜的长度、宽度、深度和面积的标定提出了一些建议。
视频内窥镜校准装置由视频内窥镜支架、多功能底座、照明箱、移动机构、目标定位器和标准模板组成,如图5所示。
视频内窥镜夹紧台用于固定视频内窥镜,多功能底座为内窥镜提供不同的角度测量方法,包括直线度测量和60°倾角测量。
照明盒用于发射和照亮目标定位器。
移动机构可以调整夹持台与目标定位器之间的距离,并且可以调整从内窥镜到目标定位器的视场角度。
目标定位器是用来放置标准图案的固定装置。
标准图形主要包括长度和深度校准的标准图形、宽度校准的标准图形和面积校准的标准圆形图形。
长度和深度校准的标准图形是一组用于刻度长度和深度第一次更改的标准图形。
宽度校准的标准模式这是一组标准划线器,其线宽首次变薄,其中最薄的划线器可以检测内窥镜的分辨率。
标准圆模板是一组标准圆,其直径为第二次细化,最大直径为10毫米;通过使用完整性测量和倾斜测量来实现对准。
在可追溯性方面,本文提出的三个标准模板可以在光学三坐标测量机上进行校准,实现测量值的可追溯性。
视频内窥镜
提出了一种工业视频内窥镜的标定方法,提出了视频内窥镜标定装置的设计思想。
使用设计的试验设备对长度、宽度、深度和面积进行校准,得到表1-4所示的结果。
从表中的结果可以看出,在长度和宽度方面,不同的测量方法对测量结果影响不大,但对深度和面积影响较大,进一步证明了标定方案的可行性。​​

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