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    光學內窺鏡的結構、工作原理及應用

    2021-12-09 10:58:47

    目視檢測并不是只能憑借人眼視力,還可以借助一些檢測儀器的輔助,例如:光學內窺鏡。光學內窺鏡是一種孔探儀器,也稱直桿(硬桿/直管)內窺鏡,將被測表面發出的光通過一系列透鏡傳導至操作者的眼睛內。雖然光線是直接來自于被測表面,但是影像是通過管狀結構間接觀察到的。

    光學內窺鏡

    光學內窺鏡的結構

    光學內窺鏡的外觀主體是一個細長的桿狀物,其內部結構包括:成像系統、照明系統、鏡體(管狀部分)、鏡身(手持部分)、以及末端組件組成,其中鏡體起到保護套的作用,可以增強整個設備的機械穩定性,內部放置有作為核心的透鏡系統,可以包括物鏡、棱鏡等,為了滿足應用的需求,還可以通過延長管彼此擰接的方式擴展整體長度。下圖是透鏡系統的結構示意圖,也可以看出成像的原理。

    光學內窺鏡的結構

    視向和視野都是光學內窺鏡的重要參數,視向是指觀測的方向,視野則描述的是在不移動內窺鏡的前提下可觀察到的區域范圍,通常認為大視野適合大面積觀察,較小視野則更適合觀察微小細節。不同的規格型號對應不同的參數。下圖是不同視向的示意圖。

    光學內窺鏡視向示意圖

    光學內窺鏡的工作原理

    主要是光學成像和傳輸,具體可以將工作原理概述為以下幾個步驟:

    1. 將照明光線傳送到待測表面(光源可以固定在鏡體的直管上,也可以采用外部光源導光照明);

    2. 待測表面的反射光由物鏡收集;

    3. 反射光通過鏡體內部的透鏡傳輸回來;

    4. 操作者通過目鏡或外界觀測設備觀察圖像。

    光學內窺鏡的應用

    因為具有小巧靈活、視向可調、全方位檢測等特點,光學內窺鏡擅長檢查狹小空間或復雜孔縫。例如:作為成型工藝的鑄造過程,材料通常以流體狀態澆筑到鑄型空腔中,經由該成型過程得到的鑄件,可能會有工藝相關的不連續性缺陷,而光學內窺鏡可以在鑄件的緊湊結構中,檢查表面不規則、錯型、縮孔、鑄造結疤、未熔合、澆不足、氣孔、裂紋、毛刺等。另外像發動機、燃氣輪機、齒輪箱、螺栓孔、以及生產組裝等過程都可以使用光學內窺鏡觀察,在民航、石油化工、水電、風能、機械制造、汽車、船舶等領域都有較多應用。



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