从简单内窥检测到3D相位测量

无损检测技术的基础就是看到肉眼所看不到的。超声波用于鉴别金属中的缺陷和腐蚀, 尤其在焊缝处。放射显影技术可用于检查铸件和夹杂物的管子、分层或其他瑕疵。涡流可用于检查层状表面隐藏的开裂。工业内窥镜(RVI) 被广泛用于航天工业，检查飞机部件及结构, 从发动机到机身。近年来RVI 在成像和技术的测量能力方面取得了巨大改善，本文将给出具体阐述。

在航空领域，工业内窥镜(RVI)是一种历史悠久的检查和无损检测技术。尽管传统的硬杆镜仍然被广泛用于飞机发动机检测，但是视频内窥镜已经成为首选，可以应用于军事和民用领域，检查机身、辅助动力装置和发动机。这些都被视为例行维修活动的一部分，原始设备制造商在制造发动机时也会用到视频内窥镜。利用视频内窥镜来检查泄漏、腐蚀和表面裂缝，检查内部缝隙，识别堵塞原因，探测外部物体。了解了视频内窥镜具有如此广泛的潜在应用领域录像带已经实现了数字式数据的捕捉和保存。这项技术进一步发展成CD、DVD、闪存和固态记忆卡, 能够将文件转移到PC，作进一步评估或存储。

RVI 的演变

工业内窥镜起源于医疗业，1806年奥地利人研发出了第一个内窥镜，用于人体血管和体腔的检查。

二战后，工业内窥镜的发展才渐入佳境，早期的 仪器 由镜头和照明光源组成，连接到一个光传输扩展器，也就是目镜。这些基础内窥镜仅仅用于视觉检测，而不能测量。这样，人们就用它来检测由于结构或者组件的妨碍，难以接近或者正常情况无法访问的位置。

到60 年代，工业内窥镜才具有图像捕捉和测量能力，此时35mm 照相机添加了目镜。随之发展起来的还有：在光传输机理中引入了光纤，视频镜头成为图像捕捉的首选。与此同时，随着机载计算能力的引入，视频内窥镜的功能有了显著的改善，这使得内窥镜能保存和存储数字格式的视频图像。之前，软盘光盘和检测信息的共享是任何检测过程的重要环节，尤其在航空领域，出于安全和经济的考虑，经常要对发动机的正常运行进行专业评估。因此，共享信息的功能是最新一代RVI 仪器所特有的。

处理数据

将机载PC 植入RVI，即引入应用软件，从而确保对大量生成数据进行有效管理。这类软件能标记图像，并以逻辑文件的形式排列，允许快速简单读取。GE 检测控制技术推出的XLG3，在无损探伤中使用了数字成像和通信（DICONDE）格式，这是一种非专有格式，从医疗行业放射学使用的DICOM 发展起来，又纳入了许多纯粹的无损检测方面的特性。

此协议构成了GE Rhythm 软件平台的基础，可以获得、报告、审核和归档数据。它还是重要的应用工具，包括图像增强、操作和变焦。

航空业经常要处理与日俱增的大量检测信息，Archive 特性尤其与之息息相关。它接受来自任意连接的局域网、远程Rhythm Review 工作站的图像，使用各种不同的压缩技术来保存它们，在不牺牲图像质量的同时又节省了内存空间。DICONDE 简单的标记系统，使得信息的输入和检索快捷方便。而且，Rhythm Archive不仅存储原料检测数据，还会将Rhythm Review 工作站产生的增强图像存储下来。除此之外，还给用户带来了其他的效益。它能搜索更多的有效数据，因为可以在中央储存器得到同一网络里的所有工作站的全部信息。它还能控制图像信息流，所以数据可以发送到其他的RhythmReview 工作站作进一步分析。

相位检测中的光标定位 [p] 简化

软件也可以用来规范检测程序，以确保检测和检测结果描述的一致性。菜单型检测向导（MDI）是一种软件解决方案，提供引导检测，自动添加环境。例如，检测发动机时, 下拉菜单会先让检测员选择相关厂家和具体的发动机。在检测人员启动检测之前，要按照相应的发动机或者部件规定的方式，输入所有与任务相关的认证数据（检测人员、位置、日期等）。然后在内窥镜的数据捕捉系统中，给数据图像文件标记上注释和域。最终，一份报告的硬盘拷贝就产生了，点击即可报告。

测量你所看到的

现在，缺陷、差异、间隙的测量就像它们的探测和识别一样重要。迄今，已有3 个主要的测量系统：比较测量、立体测量和阴影测量。

比较测量是基于检测图像中一个已知的参考尺寸，以相同的视图和平面来测量其他的物体（参考尺寸经常由仪器制造者在适当的地方设置好，或者使用探头确定）。

立体测量使用棱镜来切分图像，允许照相机使用精准的角度分离来捕捉左面和右面的视图，然后用计算机算法来分析用户光标的位置，用三角几何方法获得精密测量结果。

阴影测量依赖于到目标距离的测量。阴影镜头在检测物体上投影，产生的阴影位置显示了到物体的距离。有了这个信息，阴影探头系统就能精确计算出用户选择的缺陷的大小。这些方法可以测量深度、长度、面积、点到线距离、多条线段的长度、圆。

相位测量可以改进成像，使测量更精确

虽然目前存在各种测量技术，但测量仍然是视频内窥镜最棘手的问题。测检员必须训练有素、经验丰富，从而获得稳定可靠、可反复验证的结果。这一专业知识水平现在被称为RVI ，是专业化的官方无损检测准则，也是美国无损检测协会 TC1ALevel-III 测试和认证过程中的一个部分。

最近随着相位测量方法的发展，视频内窥镜的精度、重复性和易用性得到了极大的改善。

三维相位测量是一种基于现有光学计量的技术。它将线形光线投射到表面, 并用具有高质量光学器件的摄像机捕捉这个线形模式，然后用专有算法处理图像，得到整个表面的三维点云图。然后将之与测量结合使用, 获得更多有关缺陷或者被测对象的精确信息。测量本身仅仅包括游标在全屏图像上的放置, 并不需要进行点匹配、阴影鉴定或点选择，这些步骤用其他技术实现时比较困难。

该测量系统的一大创新在于具有旋转和缩放功能的3D 扫描，为对象的大小和形状提供了超强指示。该系统的剖面视图特征为对象大小和形状的估计提供了进一步帮助。当用户把游标放到自己感兴趣区域两边中的任何一边时，三维相位测量系统就会在两边之间画一条线。然后选择剖面视图，沿着这条线的交叉部分就会显示出来，使凹陷、裂缝或者腐蚀部分更加清楚。与此同时,剖面视图也可以用于测量截面部分点的深度。

通过更强的易用性提高生产率

使用立体声和阴影的测量方法既耗时又需要专业知识。例如，采用立体测量，首先要使用观察镜头识别缺陷，然后换成立体测量镜头，再重定位缺陷、锁定图像、匹配光标，最后才能进行测量。使用相位测量法，一旦定位缺陷、锁定图像，就能开始测量，而不需要更换镜头。

由于没有必要进行点匹配、阴影识别、光标匹配或者其他测量技术需要的点选择等步骤，3D 相位测量法显示了极大的易用性。这意味着更少的操作失误和更多可重复验证的精确结果。

更多的潜在应用

三维相位测量技术的一个重要应用就是测量飞机发动机顶端到护罩的间隙。

飞机发动机和其他的轴体涡轮机，其特有的设计可以减少叶梢到叶片或外壳之间的径距。如果叶梢和外壳之间存在间隙，汽油或者空气就可能渗漏到下游部分，导致效率降低。因此无论是在生产还是检修过程中，检查间隙都显得十分重要，因为在发动机工作的时候间隙大小会变化（高转速和高温会导致叶片的弹性径长增长以及外壳的热膨胀）。

以前为了测量叶梢到外壳的间隙，可以将一个薄金属棒插入轴螺栓中，再把这个配件连接到风箱上，从而金属棒的末端恰好就是叶梢所在的地方。发动机起动后, 就能测量金属棒的磨损量。很明显, 这不是一种高精度的技术，还经常会产生问题, 如金属棒会释放金属, 这可能会对发动机造成损害。

相位测量法提供了一种简单的、非接触式的高精度技术来测量叶梢到外壳的间隙。

结束语

工业内窥镜自诞生之日起就展示了其众多先进之处。由于全数字数据流和改进的光学照明技术，成像质量得到显著改善。机载处理过程的集成大大扩展了RVI 的功能，通过网络连通性极大促进了数据共享。应用程序软件（例如MDI）有助于提高探测成功率，同时减少探测错误的发生。采集、核查、报告和归档复杂数据的软件平台可以有效组织累积的数据，用以达到最佳效果。现在这种创新的RVI 测量技术易于实现，能提供快速、精确的结果，并且具有更全面的成像信息，提高了生产过程的质量控制水平，使得检测更智能、有效。(end)