智火柴：工业内窥镜检测管道内壁裂纹应用
智火柴：工业内窥镜检测管道内壁裂纹应用为了满足管道检测的要求，结合梯度折射率透镜和显微镜的光学特性，设计了一种大景深的管道内窥镜光学系统。使用梯度折射率透镜介质的折射率梯度，同时确保所需的放大倍数。系统的特性使景深增加了200倍。系统的球形使其更适合于检测管道内壁。结合CCD等器件，不仅实现了内窥镜的功能。数字化测试，并通过大景深的监视器对管道内壁裂纹、磨损等清晰图像进行监控。
管道内窥镜由于体积小、结构灵活，在各种管道设备的生产、检测和日常维护中得到了广泛的应用。作为一种无损检测设备，它有效地扩展了人眼的视线。突破人眼观察的盲角，能准确、清晰地观察管道设备或部件的内表面，如打磨损伤、表面裂纹等，避免不必要的设备和部件拆卸损伤，具有方便的操作和检测效率。试验结果高、客观、准确，是管道设备检测的有力工具。
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显微镜是内窥镜的重要组成部分。由于显微系统的景深很小，只有对一定厚度的物体成像得到的图像的一些细节才能很好地聚焦，而其他部分则变得模糊。一般来说，放大倍数越大，测试精度越高，景深越小。
大景深意味着成像系统意味着同一幅图像中的场景更加清晰，控制和监控对象更加可衡量。自20世纪60年代以来，以圆孔的方式增加景深，并提出了很多其他的方法，如二维成像序列的图像融合、专门设计的透镜与图像处理相结合等，但这些方法需要复杂的后续处理，它不会直接增加光学系统的景深。
高质量的管道内窥镜需要大的放大倍数和景深。因此，放大倍数与景深的矛盾已成为制约管内窥镜性能的瓶颈。本文利用透镜介质的梯度折射率特性。结合显微镜物镜，管内窥镜的图像曲率近似球形，设计了大景深。景深增加了原来系统的200倍。它具有良好的图像质量，可以与CCD相结合。当光敏器件组合在一起时，通过监视器可以很容易地观察到被测管道内壁的裂纹、裂纹和死角。
梯度折射率透镜的特性
梯度折射率透镜具有数值孔径可变、结构紧凑、成像质量好等优点。可作为内窥镜的物镜，进一步简化结构，提高图像质量。折射率梯度折射率透镜介质的折射率是不均匀的，并按一定规律变化所以光线不是直线，而是沿着曲线传播。
设计中采用了径向梯度折射率透镜。它的折射率是径向距离的函数。ISO折射率表面是中心轴对称圆柱表面系统。介质中折射率的梯度是恒定的。
光在梯度折射率透镜中传播的正弦特性使其具有较大的景深，且景深随物距的减小而增大，不符合几何光学中景深公式。因此，在内窥镜微系统的设计中，可以将梯度折射率透镜与显微镜结合，扩大内窥镜的景深，从而满足内窥镜光学系统景深的设计要求。
内窥镜光学系统的设计
根据管道内窥镜放大率大、景深大的实际要求，设计了梯度折射率透镜与内窥镜相结合的光学系统。
同时有效地提高了内窥镜光学系统的深度。内窥镜的内窥镜如图2所示。当检测到待测管道时，先用径向梯度折射率透镜对辐照后的检测表面成像，然后用反射镜旋转。然后用显微镜物镜放大，然后用透镜和成像透镜压印，然后用CCD接收，最后用监视器观看。
管道内窥镜主要用于工业管道的表面裂纹、毛刺、腐蚀和粘连。
内窥镜系统在视野中有一个点地图和一个调制传递函数曲线。从图中可以看出，每个视场的扩散尺寸小于77.18微米的Airy圆盘半径。当截止频率为50lp/mm时，各视场的调制传递函数曲线重合或接近衍射极限。截止频率为50lp/mm，满足使用要求。最后，提取每个视场的最佳图像点，绘制图像与垂直轴之间的距离。该图表明，系统各视场的最佳图像点形成近似球面曲线，待测的最佳曲面为球面。因此，该系统可方便地应用于工业管道的球面检测。
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在管道内窥镜光学系统的设计中，采用了梯度折射率透镜。介质折射率与显微镜物镜的结合使显微镜物镜得以结合，既保证了所需的放大倍数，又增加了几何景深和物理景深。它大100倍。从系统的结构图、点柱图和MTF图可以看出，系统的图像质量好，结构简单。与其他内窥镜相比，该系统不仅具有更大的景深，而且具有图像表面。近似球体，更适合于观察圆柱管内壁。微调梯度透镜的位置以进一步增加景深。例如，如果将梯度折射率透镜对象调整为0.1mm，系统的景深可以增加约40mm。结果表明，该系统能对直径为10～45mm的管道进行测量。结合CCD等器件，不仅实现了管道内窥镜的数字化，而且在较大景深下通过监视器对管道内壁进行监控。清晰的裂纹、磨损等图像。
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