工业内窥镜重要组件概况

这是一篇关于工业内窥镜重要组件概况的思维导图，详细介绍了成像原件、镜头、传光光纤、插入管、一体式集成屏幕、三维测量组件等组件的相关信息。

工业内窥镜重要组件概况

• 成像原件
  • CMOS传感器
    • CMOS 图像传感器的核心是像素单元，每个像素由光电二极管构成，负责将入射光子转化为电子，形成电荷积累，电荷量与光照强度及积分时间成正比
  • CCD传感器
    • CCD 芯片上布满数百万个像素点，这些像素点负责感光并产生电荷。产生的电荷会逐行逐列地传递到芯片角落的一个 “统一放大器”，在那里进行信号转换，最终将光信号转换为电信号，再通过线缆传输到主机进行处理和显示。
  • 对比
    • 工业内窥镜常用CCD传感器： 1.CCD感光度更高、噪点更低，在工业昏暗环境（如设备内部、管道深处）能呈现更细腻的缺陷细节，色彩一致性优于CMOS； 2.CCD信号读取方式更稳定，抗工业现场强电磁干扰、振动能力更强，避免成像畸变或信号中断； 3.传统工业内窥镜主打极端工况适配，CCD耐温、耐环境稳定性经过长期验证，而CMOS早期在高温、强干扰场景下可靠性不足，虽近年技术提升，但高端工业检测仍优先选CCD保障精度。不过中低端工业内窥镜及民用场景，已逐步采用高规格CMOS平衡成本与性能。
• 镜头
  • 固定焦距镜头
    • 最常用的基础款，焦距固定（如2.8mm、4mm、6mm），结构简单、稳定性强、成本较低，耐振动、耐温性能更优。适配大多数常规检测场景。
  • 变焦镜头
    • 用于精密部件检测，焦距可调，结构相对复杂，耐极端环境能力略弱于固定焦距镜头，价格更高
  • 选材
    • 耐高温镜头：镜头镜片采用高耐热光学玻璃（如石英玻璃），镜筒包覆耐高温陶瓷或金属涂层，耐温范围可达200℃~500℃，搭配耐高温传光光纤使用，适配锅炉、冶金炉、发动机排气段等高温工况。
    • 耐腐防污镜头：镜筒采用316L不锈钢材质，镜片镀疏水、防油污涂层，能抵御酸碱、油污、粉尘侵蚀，适配石化管道、化工反应釜、海洋设备等腐蚀污染场景，减少镜头清洁频率。
  • 关键技术参数
    • 焦距（f）：决定镜头的放大倍率与视场范围，焦距越短视场角越大、放大倍率越小；焦距越长则相反。工业内窥镜常用焦距范围为1mm~12mm，根据检测空间大小与观察需求匹配，狭小空间选短焦距广角镜头，远距离细节观察选长焦距镜头。
    • 景深：镜头能清晰成像的物距范围，景深越大，远近不同的目标可同时清晰成像，减少对焦操作；景深越小，需精准调整探头距离才能聚焦目标。工业检测多优先选大景深镜头，适配复杂空间内不同距离的缺陷排查。
    • 分辨率：镜头解析细节的能力，通常与传感器像素匹配（如百万像素镜头搭配百万像素CCD），单位为线对/毫米（lp/mm），数值越高成像越清晰。精密检测需选≥100lp/mm的高分辨率镜头，常规巡检可选80lp/mm左右的镜头。
    • 光圈（F值）：控制进光量的大小，F值越小进光量越多，在昏暗环境下成像更明亮，适合设备内部低光场景；F值越大进光量越少，画面对比度更高。工业内窥镜多为固定光圈设计，适配传光光纤的照明强度，确保成像稳定。
• 传光光纤
  • 核心作用：仅传输光线，为内窥镜探头前端的检测区域提供照明，是所有带光纤的工业内窥镜的基础配置。
  • 结构特点：由多根玻璃光纤丝无序束集而成，无需保证光纤丝的排列顺序，仅要求通光效率高。
  • 关键性能：重点看数值孔径（NA）和透光率，NA 越大聚光能力越强，透光率直接影响照明亮度
    • NA:捕获更大角度范围内的入射光、允许更多的模式在光纤中传播、更大的输出光束发散角
    • 透光率：光功率的衰减程度（透光率（%）=（出射光功率 / 入射光功率）× 100%）
  • 材质
    • 高硼硅玻璃光纤：主成分是二氧化硅（SiO₂，含量约70%~80%），掺杂大量氧化硼（B₂O₃，含量10%~15%）及少量氧化铝、氧化钠等，通过调整硼硅比例优化机械韧性与加工性能，属于硅酸盐玻璃体系。 应用场景：常温常规检测（-20℃~80℃）、无腐蚀、短距离（≤3m）、中低端内窥镜（如简易光纤式、民用巡检CCD内窥镜），成本较低，韧性较好，无高精度、高亮度、衰减需求，例如普通机械管道、汽车零部件常温巡检。
    • 石英玻璃光纤：主成分是高纯二氧化硅（SiO₂，含量≥99.9%），仅掺杂微量掺杂剂（如锗、磷）用于调整折射率，杂质含量极低，属于高纯石英体系，也是目前工业级高性能光纤的主流基材。 应用场景：高温（＞150℃）、腐蚀（酸碱/油污）、长距离（＞5m）检测，以及高端精密内窥镜（如百万像素传像光纤式、航空/核电专用CCD内窥镜），需保证高透光率、低衰减、高化学稳定性，例如航空发动机、石化管道、冶金炉检测。
• 插入管
  • 内层金属骨架（抗压抗扭）
    • 不锈钢编织网： 这是最常见和经典的材料。镜身内部是精密的光学元件或电子线路，外部包裹着一层或多层交叉编织的不锈钢丝网。
    • 优点： 具有极佳的耐磨性、抗压性、抗拉性和耐腐蚀性。能够保护内部元件在复杂的工业环境中（如发动机内部、管道内壁）免受刮擦、挤压和化学物质的侵害。
    • 应用： 主要用于刚性内窥镜或对耐用性要求极高的半柔性内窥镜。
  • 中间钨丝编织（铠装保护）
    • 在聚合物外层之下、紧贴内部元件的加强层。由极细的钨丝或不锈钢丝紧密编织而成。
    • 优点：钨是自然界中高硬度、高抗拉、高化学稳定性的优质金属，其基础性能远优于不锈钢、碳钢等常规铠装用金属，这是钨丝编织网能实现极致防护的根本原因。
    • 作用： 提供360度的抗压保护，防止镜身被压扁；同时增加镜身的扭转强度，防止在使用中打结或过度扭曲损坏内部线路。
  • 外层高分子材料（柔韧耐磨）
    • 柔韧性好： 使镜身可以非常灵活地弯曲，轻松通过复杂的管道和腔体。
    • 光滑： 表面摩擦系数低，易于插入，不易划伤被检测工件表面（特别是精密部件）。
    • 耐腐蚀： 对油、水、多种化学品有良好的抵抗能力。
    • 常见材料： 聚氨酯、聚乙烯、特氟龙等。
    • 应用： 绝大多数视频内窥镜和光纤内窥镜的插入管都采用高分子材料作为外层。内部通常会加入金属编织网或螺旋骨架来增强抗压和抗扭能力。
• 一体式集成屏幕
  • LCD(Liquid Crystal Display)(工业主流)
    • 耐温性：常规 - 20℃~70℃，定制款 - 40℃~85℃，宽温表现优异；
    • 强光可视性：背光亮度可达 500~1000cd/㎡，加 AG 防眩光涂层，强光下清晰可见；
    • 使用寿命：核心损耗为背光层，工业款连续使用可达5~8 万小时，无烧屏风险；
    • 抗振性：工业款为全贴合钢化硬屏，排线防震固定，适配 5~10G 工业振动；
    • 续航：背光功耗可做节能优化，搭配主机锂电池可连续工作 4~8 小时；
    • 防护性：可做一体化密封设计，防护等级≥IP65，防尘防水防油污；
    • 显像能力：色彩还原偏真实，对比度中等，无拖影，适配缺陷细节观察；
    • 维护：工业款技术成熟，成本低，维修配件易获取，价格亲民；
    • 视角：IPS-LCD 款可视角度 178°，多人围看无偏色，非 IPS 款视角一般；
    • 轻薄性：带背光层，厚度较厚（3~5mm），重量略大。
• 三维测量组件
  • 激光点测法
    • 核心原理：探头前端集成一字线 / 十字线激光发射器，向被测缺陷投射固定间距的激光点阵 / 激光线，激光在缺陷表面形成特征光点（如裂纹两端、腐蚀坑边缘），镜头捕捉含激光点的 2D 图像，算法根据激光投射角度、镜头焦距、光点像素偏移量，结合三角测量原理计算出缺陷的空间尺寸。
    • 核心特点： 硬件简单、成本低、操作便捷，无需复杂校准，开机即可测； 仅能测量人工选取的特征点之间的尺寸，无整体建模能力，精度受人工选点影响大； 无需严格控制探头角度（允许 ±15° 以内倾斜），适配现场快速检测。
    • 实操关键： 需人工在屏幕上框选缺陷的特征点（如裂纹的起点 / 终点 / 最深点），算法仅计算所选点的空间距离，选点的准确性直接决定测量精度。
  • 相位扫描法（高精度）
    • 核心原理： 探头前端集成精密相位扫描模块，向被测区域投射连续的高精度正弦条纹光（而非简易激光点），条纹光在缺陷的凹凸、坡度、曲面处会产生畸变（缺陷越深，畸变越明显），镜头捕捉条纹光的畸变图像，算法通过解算畸变信息，还原被测区域的三维点云数据（每个像素点对应一个空间三维坐标），再从点云中提取缺陷的全维度尺寸，无需人工选点。
    • 核心特点： 精度高、自动化程度高，能实现缺陷的全自动测量 + 整体建模，无人工选点误差； 对探头操作要求严格（需探头与被测表面垂直、保持静止），否则会导致条纹光畸变解算失败； 高端款可通过升级激光光源、算法，实现微米级精度和 CAD 模型比对、应力仿真等拓展功能。
    • 核心细分： 简易相位扫描（标准款入门）：投射低分辨率条纹光，生成稀疏点云，仅实现全尺寸测量，无建模能力； 高精度相位扫描（标准款主流）：投射高分辨率条纹光，生成致密点云，支持缺陷局部三维建模； 定制化相位扫描（高端款）：单模光纤耦合激光光源 + 军工级条纹光，生成超高清点云，支持 CAD/STEP 模型精准比对。