1、1,2、检测原理,工业内窥镜检测,1、基础知识,3、关键技术,4、应用举例,5、研究进展和热点,无损检测技术基础,2,2,1、基础知识,无损检测技术基础,1.1 定义,内镜，亦称内窥镜，是一种多学科通用的工具，其功能是能对弯曲管道深处探查，能观察不能直视到的部位，能在密封空腔内观察内部空间结构与状态，能实现远距离观察与操作。 内窥检测是一种利用工业内窥镜对容器、管道、不可拆卸设备的内部、狭小缝隙的内表面、水油等液面以下部位和特殊环境下人视力无法直接观察到的区域进行质量质量控制的目视检测方法。,3,3,无损检测技术基础,1.2 工业内窥镜的发展,国内在20世纪70-80年代开始从国外引进内窥镜产
2、品，主要用于航空航天产品内部多余物控制及一些零部件的质量检查。而现在仪器种类繁多，工业内窥镜就是其中之一。近年来，国内内窥镜检测已进入了实用阶段，越来越多地运用于产品生产过程的质量控制，并发展成为一种常规的检测手段。,4,4,无损检测技术基础,1.3 工业内窥镜的应用,轮机检修：涡轮机清洁、桨片和喷管/管嘴阻塞检查、找回脱落部件、管道内外腐蚀状况航空航天工业：铁路、船舶大型柴油机、各种发动机及管路的常规维护和检查。石油化工：在检测过程中无需拆卸被检设备,因而是非常具有成本效益的检测解决方案。,5,5,无损检测技术基础,汽车制造、交通工具：在汽车发动机的清洗、保养方面,内窥镜也是必不可少的日常工
3、具。机车、工程、制药、食品管道 ：铁路/船舶用于检查电力机车、空调系统、涡轮、加热器、柴油机、锅炉火焰、管道的检查。机械铸造行业 ：用于汽车零部件铸造、液压类铸造、泵体阀体类铸造、机械零部件铸造、管路管件类铸造单位,用于检查铸造夹沙情况、毛刺情况及交错孔情况等质量控制。,6,6,无损检测技术基础,2、检测原理,工业内窥镜检测,1、基础知识,3、关键技术,4、应用举例,5、研究进展和热点,7,7,2、检测原理,无损检测技术基础,2.1 目视检测,目视检测是无损检测的重要方法之一。它仅指用人的眼睛或借助于光学仪器对工业产品表面作观察或测量的一种检测方法，典型的是将目视检测限制在电磁谱的可见光范围之
4、内。,8,8,无损检测技术基础,目视检测可分为直接目视检测和间接目视检测两种检测技术。直接目视检测：直接用人眼或使用放大倍数为6倍以下的放大镜对试件进行检测。间接目视检测：对无法直接进行观察的区域，借助各种光学仪器或设备进行直接观察，如使用反光镜、望远镜、工业内窥镜、光导纤维或其他合适的仪器进行检测。,9,9,无损检测技术基础,2.2 内窥镜检测,目视检测的仪器种类繁多，工业内窥镜是其中之一。内窥镜检测是近年来随着内窥镜生产制造技术的发展而逐渐得到广泛应用的一项检测技术。内窥镜检测需要使用工业内窥镜（简称内窥镜）作为检测工具，工业内窥镜是为了满足工业复杂使用环境要求而专业设计生产的。工业内窥镜
5、是光、机、电一体的NDT 仪器,根据制造工艺特点，它分为三类系列产品。第一类, 硬性内窥镜系列;第二类, 纤维内窥镜系列; 第三类, 电子视频内窥镜系列产品。,10,10,无损检测技术基础,2.3 硬性内窥镜,图2-1 硬性内窥镜的构造,11,11,无损检测技术基础,工作原理：利用转像透镜光学技术来传送影像, 并由光导纤维提供传光照明。为了传送清晰图像, 该窥镜的有效不锈钢插入部分内设计若干光学元件的转像透镜系统。内置光纤把需照相光线从独立的冷光源直接传送至工作位置上。产品规格: 直径1 20mm、长度50 1000mm。,12,12,无损检测技术基础,2.4 纤维内窥镜,图2-2 纤维内窥镜
6、构造图,13,13,无损检测技术基础,工作原理：由高品质的传像纤维来传送图像, 通过目镜直接观察。纤维窥镜由插入部(前端部、弯曲部与柔软部)、操作部与目镜部组成。传像纤维束, 光纤及调校前端摆头角度的钢丝均全部内置。并且另配有专用的冷光源。产品规格: 直径2. 4 12mm、长度56000mm。,14,14,无损检测技术基础,2.4 电子视频内窥镜,图2-3 电子视频内窥镜的构造,15,15,无损检测技术基础,工作原理：通过物镜成像传至CCD 耙面上, 然后CCD 再把光像转变成电子信号, 把数据转送至视频内窥镜控制组, 再由该控制组把影像输出至监视器或计算机上的原理。产品规格: 直径6 20
7、mm、长度2 100m。,16,16,无损检测技术基础,2.5 三种类型内窥镜性能比较,17,17,无损检测技术基础,18,18,无损检测技术基础,2、检测原理,工业内窥镜检测,1、基础知识,3、关键技术,4、应用举例,5、研究进展和热点,19,19,3、关键技术,无损检测技术基础,3.1 工业内窥镜的检测程序,首先我们要了解检测工件的内部结构特点、检测具体内容、位置，按程序展开相关链接仪器，检查电源、接地是否可靠、仪器位置安全平稳。 二是选择合适的探头、镜头及进入产品的通道，检测前应清楚通道内的障碍、毛刺等可能阻碍、损伤探头的物体。,20,20,无损检测技术基础,三是对于一些内部无法了解或结
8、构复杂的产品，可使用观察镜头观察后再进行检测，检测中尽量使镜头正对检测区域。 四是检测前应使眼睛适应检测环境及光浅、长时间工作时应注意避免眼睛疲劳，产生认为漏检。 五是检测过程中应小心，确保探头顺利到达指定部位、探头在推进过程中如遇到明显阻力时，应立即停止前进，探头退出时应缓慢，如被卡住不能用力拉，以免损坏工件或探头。,21,21,无损检测技术基础,六是一般探头移动检查速度不超过10mm/s,应使图像平衡，利用观察，大面积扫查时应采用直线扫描方式，每次扫查宽度不超过20mm，还不得超过探头的观察范围。 七是对采集的图像进行处理分析。 八是按规定清洁探头，整理仪器、现场。 九是推荐工作人员可使用
9、辅助工装帮助探头顺利到达最佳位置。,22,22,无损检测技术基础,直杆镜：使用方便、耐用、成像效果好，检测范围在500mm以内的产品，适用于直孔的检测。视频镜：功能多，使用灵活，可靠性高，适用性广，适用于内部结构复杂的产品或需要进行定量检测、对比分析的场合，但由于制造技术的原因，探头上的CCD芯片不可能造得很小，使探头直径难以小于4mm。光纤镜：易损坏，使用寿命短，且清晰度较差，成像效果及弯曲性能远逊于视频镜，但其直径可以制造的很细，多用于内径4mm以下，视频内窥镜无法检测的产品。,3.2 内窥镜的选型,23,23,无损检测技术基础,（1）内腔检查。 （2）焊缝表面缺陷检查。 （3）装配检查。
10、 （4）状态检查。 （5）多余物检查。 （6）尺寸测量。,3.3 工业内窥镜的检测范围,24,24,无损检测技术基础,（1）裂纹。当光束照射被检测物表面，观察到黑色或者亮色线条，且在一定的放大倍数下，线条有不规则边缘时，判定为裂纹。当裂纹较宽时，可测量探头的测量影响线会发生弯折。 （2）起皮。当光束平行照射时，观察到在凸起部分背后有阴影；改变光束照射角度，则观察到表面凸起部分与周围被检测物有明显分界线，判定为起皮。 （3）拉线和划痕。在光束照射下，观察到表面存在较规则的连续长线，判定为拉线。,3.4 内窥镜检查与判定规则,25,25,无损检测技术基础,（4）凹坑凸起。光束以一定角度照射时，与周
11、围被检物边界连接，无分界线。离光源近的部分有阴影，离光源远的地方有亮影，为凹坑。光束以一定角度照射时，与周围被检物边界连接，无分界线。凸起部分有亮影，且背后阴影为凹坑。当凹坑较深或凸起较高时，可测量探头的测量线会发生弯折。 （5）斑点。在光束照射时，观察到与周围被检物色泽不同的光滑无凹凸表面为斑点。 （6）腐蚀。光束照射下，观察到块状、点状不光滑表面，在一定放大倍数下轻微凹凸不平为腐蚀。,26,26,无损检测技术基础,（7）未焊透。观察到熔化金属与母材、焊缝层间有明显的分界线。 （8）焊漏。光束以一定角度照射时，观察到与熔化金属相连，无分界线的凸起时为焊漏。 （9）多余物。光束以任意角度照射时
12、，存在与周围基本 被检物颜色、亮度有差异的结构以外的物体为多余物。 （10）装配缺陷。检测时观测到不符合图样技术条件的结构现象。 （11）尺寸测量。在有要求时可用测量探头测量形位尺寸。,27,27,无损检测技术基础,1. 照明条件。内窥镜检测大多使用内窥镜自带光源进行照明。一般条件下，要求内窥镜检测照明光源色温不低于5600K，照明强度不低于2600lm。2. 探头位置与角度。通常在距离检测区域525mm范围内观察图像的效果最好 ，因此往往需要内窥镜探头尽量靠近观测点。探头与观察物平面在4590范围内都可以达到较好的观察效果，在实际工作中是通过反复改变探头与观察点的位置与角度找到合适的观察位置
13、，并获得最佳的检测效果。,3.5 影响内窥镜检测的主要因素,28,28,无损检测技术基础,3. 通道。选择通道时应尽量靠近需要检测位置，选择进入长度最短的通道，尽量减少探头需要弯曲的次数及程度；首先考虑由上到下，由高到低的通道；优先选择宽阔的通道；推荐使用工装，保证探头在产品通道中的正确方向；应采用边观察边通过的方法在通道中行进。4. 图像的畸变。通过透镜观察物体产生的变形现象，随着从透镜中心到边缘距离的增大，图像发生畸变。图像的畸变会对缺陷的判断及测量产生影响。直杆镜、光纤镜观察时图像的畸变较大，视频内窥镜可通过计算机进行较正。,29,29,无损检测技术基础,5. 分辨率、放大倍数、可检测最
14、小缺陷。这些都是内窥镜自身的技术指标，可直接影响到探测的结果。6. 物体表面的反射率。不同的物体表面有不同的反射率，和物体的材料和表面的粗糙程度都有关系。因此，实际检测时应该根据具体的情况选择内窥镜照明的强度以便得到清晰有用的结果。,30,30,无损检测技术基础,2、检测原理,工业内窥镜检测,1、基础知识,3、关键技术,4、应用举例,5、研究进展和热点,31,31,4、应用举例,无损检测技术基础,4.1 应用举例-1 管道检测,左边图片是对管子的检测图像采集，上图很明显的可以看到管子内部存在着起皮。下图可以看到管子内部已经被腐蚀。,32,32,无损检测技术基础,4.2 应用举例-2 汽车检测,
15、在汽车维修中内窥镜主要应用于检测诊断汽车发动机、汽缸、燃料管、引擎、输送系统、差速器、水箱、油箱、齿轮箱的磨损、积炭、堵塞等情况。,33,33,无损检测技术基础,4.3 应用举例-3 航空检测,工业内窥镜用于飞机检查和维修，主要作用于检查飞机发动机的工作内腔、焊缝表面、导管表面、飞机叶片、涡轮、燃烧室等部件;以及发动机的汽缸、燃料管、油压部件、喷嘴部件等方面，是在航线维护中不用分解发动机而了解内部结构的高科技检测手段，其具有直观准确节省 。,34,34,无损检测技术基础,已损坏的飞机发动机叶片,35,35,无损检测技术基础,4.4 应用举例-4 铁路领域,铁路车辆的检验工作中，内窥镜的主要应用
16、包括齿轮箱，空心水平车轴，电念头，转向架侧架，摇枕和避震弹簧，空调换气系统检查等各方面。内窥镜的主要应用包括齿轮箱，空心水平车轴，电念头，转向架侧架，摇枕和避震弹簧，空调换气系统检查等各方面。,36,36,无损检测技术基础,齿轮箱检查,随着机车的使用和运行，不可避免的是牵引齿轮箱会出现齿轮磨损，咬合不良等问题，情况严重的甚至会导致齿轮箱报废和脱轨。使用工业内窥镜检测方式，利用其可弯曲导向的插入管，通过齿轮箱的油量观察口进入齿轮箱内部，检查齿轮情况和齿轮箱底部是否有异物存在，这样的检查方式能够非常直观地表现齿轮箱内部的情况。,37,37,无损检测技术基础,避震弹簧检查,在铁路段修规程和厂修规程中
17、，都提到了对转向架侧架，摇枕和避震弹簧的检查要求，要求检查其裂缝，磨耗，然后根据检修规程的规定对其进行焊修。使用了工业内窥镜后，就可以不对弹簧进行分解拆卸，插入工业内窥镜，对弹簧内部的裂纹进行观察，观测最容易产生损害的弹簧顶部位置。,38,38,无损检测技术基础,内燃机车的柴油机发动机，如果排气阀上有积炭现象，就会使得内燃机的有效功率下降，耗费燃油，以前是需要回工场拆卸柴油发动机才可以进行检查，但是现在只要通过拆除火花塞，将内窥镜插入气缸就可以进行检查了，积炭情况非常容易辨别如图所示。,内燃机积炭检测,39,39,无损检测技术基础,2、检测原理,工业内窥镜检测,1、基础知识,3、关键技术,4、
18、应用举例,5、研究进展和热点,40,40,5、研究进展和热点,无损检测技术基础,5.1 研究进展,随着计算机技术的发展，研究者们将传统的内窥技术逐步与其结合，开发出许多新型的内窥技术产品，它们通常是由硬件系统和软件系统组成：硬件系统完成内窥图的采集与观察功能；软件系统完成内窥图像的分析、处理和测量等功能。新型内窥系统都采用视频成像，清晰度有了很大的提高，同时视距加大，内窥探头更小，操作灵活性提高。更重要的是它们可以进行目标区域的三维测量功能，从而对传统内窥技术的缺陷进行了改进。,41,41,无损检测技术基础,5.2 工业内窥镜技术发展的三大主方向,工业内窥镜技术发展的三大主方向,自动化,立体显
19、示,原位内窥维修,无线遥控式,有线式,42,42,无损检测技术基础,5.2.1 工业内窥镜自动化发展,工业内窥镜自动化发展包括两个方面，一是无线遥控式，从而避免受到传导线长度、质量等因素的限制，图像通过无线方式传送；另外一种是有线式，如采用蛇形机器人等，其主要目的在于探头在内部不需人为操纵，而是自动寻的，从而减少对操作人员的经验要求，同时避免仪器的人为损坏。目前，英国、日本和美国的一些相关机构就内窥机器人技术正在进行广泛的研究，该技术在发动机维护中有着显而易见的意义。,43,43,无损检测技术基础,管道内窥爬行机器人,地震救援中的蛇形机器人,44,44,无损检测技术基础,5.2.2 工业内窥镜
20、立体显示,工业内窥镜立体显示的最大意义在于可以指导无损条件下的维护工作，极大的降低了维修成本。目前立体显示研究的最新技术是美国开展的真实景深（Real-Depth）技术，它不同于利用偏振光、虚拟头盔等技术，不需要任何视觉的附属显示设备。,45,45,无损检测技术基础,5.2.3 工业内窥镜原位内窥维修,工业内窥镜的原位内窥维修即在不拆开的条件下，如对叶片卷刃的打磨、积炭的清理和发动机内的小碎片的清理等。在民航现场维修特别是军机快速抢修中，原位内窥维修能极大节约时间和成本，应用价值很高。,46,46,无损检测技术基础,讨论和提问时间,每次课留5min给学生讨论和提问也可以是教师指定的讨论内容，旨在引起学生思考,47,47,无损检测技术基础,1、作业内容一：本专题需要掌握但不可能都在课堂上讲解的相关知识要点，要求学生自学，并以作业的形式提交，email同时发给专题老师和我,2、作业内容二：指定的要求学生扩展阅读的中英文文献1-2篇，要求给出阅读要点,
