無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)就是看到肉眼所看不到的。超聲波用于鑒別金屬中的缺陷和腐蝕, 尤其在焊縫處。放射顯影技術(shù)可用于檢查鑄件和夾雜物的管子、分層或其他瑕疵。渦流可用于檢查層狀表面隱藏的開(kāi)裂。工業(yè)內(nèi)窺鏡(RVI) 被廣泛用于航天工業(yè)，檢查飛機(jī)部件及結(jié)構(gòu), 從發(fā)動(dòng)機(jī)到機(jī)身。近年來(lái)RVI 在成像和技術(shù)的測(cè)量能力方面取得了巨大改善，本文將給出具體闡述。
在航空領(lǐng)域，工業(yè)內(nèi)窺鏡(RVI)是一種歷史悠久的檢查和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。盡管傳統(tǒng)的硬桿鏡仍然被廣泛用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)，但是視頻內(nèi)窺鏡已經(jīng)成為首選，可以應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，檢查機(jī)身、輔助動(dòng)力裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)。這些都被視為例行維修活動(dòng)的一部分，原始設(shè)備制造商在制造發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)用到視頻內(nèi)窺鏡。利用視頻內(nèi)窺鏡來(lái)檢查泄漏、腐蝕和表面裂縫，檢查內(nèi)部縫隙，識(shí)別堵塞原因，探測(cè)外部物體。了解了視頻內(nèi)窺鏡具有如此廣泛的潛在應(yīng)用領(lǐng)域錄像帶已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式數(shù)據(jù)的捕捉和保存。這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展成CD、DVD、閃存和固態(tài)記憶卡, 能夠?qū)⑽募D(zhuǎn)移到PC，作進(jìn)一步評(píng)估或存儲(chǔ)。
RVI 的演變
工業(yè)內(nèi)窺鏡起源于醫(yī)療業(yè)，1806年奧地利人研發(fā)出了第一個(gè)內(nèi)窺鏡，用于人體血管和體腔的檢查。
二戰(zhàn)后，工業(yè)內(nèi)窺鏡的發(fā)展才漸入佳境，早期的儀器由鏡頭和照明光源組成，連接到一個(gè)光傳輸擴(kuò)展器，也就是目鏡。這些基礎(chǔ)內(nèi)窺鏡僅僅用于視覺(jué)檢測(cè)，而不能測(cè)量。這樣，人們就用它來(lái)檢測(cè)由于結(jié)構(gòu)或者組件的妨礙，難以接近或者正常情況無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)的位置。
到60 年代，工業(yè)內(nèi)窺鏡才具有圖像捕捉和測(cè)量能力，此時(shí)35mm 照相機(jī)添加了目鏡。隨之發(fā)展起來(lái)的還有：在光傳輸機(jī)理中引入了光纖，視頻鏡頭成為圖像捕捉的首選。與此同時(shí)，隨著機(jī)載計(jì)算能力的引入，視頻內(nèi)窺鏡的功能有了顯著的改善，這使得內(nèi)窺鏡能保存和存儲(chǔ)數(shù)字格式的視頻圖像。之前，軟盤(pán)光盤(pán)和檢測(cè)信息的共享是任何檢測(cè)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，尤其在航空領(lǐng)域，出于安全和經(jīng)濟(jì)的考慮，經(jīng)常要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行進(jìn)行專(zhuān)業(yè)評(píng)估。因此，共享信息的功能是最新一代RVI 儀器所特有的。
處理數(shù)據(jù)
將機(jī)載PC 植入RVI，即引入應(yīng)用軟件，從而確保對(duì)大量生成數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。這類(lèi)軟件能標(biāo)記圖像，并以邏輯文件的形式排列，允許快速簡(jiǎn)單讀取。GE 檢測(cè)控制技術(shù)推出的XLG3，在無(wú)損探傷中使用了數(shù)字成像和通信（DICONDE）格式，這是一種非專(zhuān)有格式，從醫(yī)療行業(yè)放射學(xué)使用的DICOM 發(fā)展起來(lái)，又納入了許多純粹的無(wú)損檢測(cè)方面的特性。
此協(xié)議構(gòu)成了GE Rhythm 軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)，可以獲得、報(bào)告、審核和歸檔數(shù)據(jù)。它還是重要的應(yīng)用工具，包括圖像增強(qiáng)、操作和變焦。
航空業(yè)經(jīng)常要處理與日俱增的大量檢測(cè)信息，Archive 特性尤其與之息息相關(guān)。它接受來(lái)自任意連接的局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程Rhythm Review 工作站的圖像，使用各種不同的壓縮技術(shù)來(lái)保存它們，在不犧牲圖像質(zhì)量的同時(shí)又節(jié)省了內(nèi)存空間。DIConDE 簡(jiǎn)單的標(biāo)記系統(tǒng)，使得信息的輸入和檢索快捷方便。而且，Rhythm Archive不僅存儲(chǔ)原料檢測(cè)數(shù)據(jù)，還會(huì)將Rhythm Review 工作站產(chǎn)生的增強(qiáng)圖像存儲(chǔ)下來(lái)。除此之外，還給用戶(hù)帶來(lái)了其他的效益。它能搜索更多的有效數(shù)據(jù)，因?yàn)榭梢栽谥醒雰?chǔ)存器得到同一網(wǎng)絡(luò)里的所有工作站的全部信息。它還能控制圖像信息流，所以數(shù)據(jù)可以發(fā)送到其他的RhythmReview 工作站作進(jìn)一步分析。
相位檢測(cè)中的光標(biāo)定位
簡(jiǎn)化
軟件也可以用來(lái)規(guī)范檢測(cè)程序，以確保檢測(cè)和檢測(cè)結(jié)果描述的一致性。菜單型檢測(cè)向?qū)В∕DI）是一種軟件解決方案，提供引導(dǎo)檢測(cè)，自動(dòng)添加環(huán)境。例如，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí), 下拉菜單會(huì)先讓檢測(cè)員選擇相關(guān)廠(chǎng)家和具體的發(fā)動(dòng)機(jī)。在檢測(cè)人員啟動(dòng)檢測(cè)之前，要按照相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)或者部件規(guī)定的方式，輸入所有與任務(wù)相關(guān)的認(rèn)證數(shù)據(jù)（檢測(cè)人員、位置、日期等）。然后在內(nèi)窺鏡的數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng)中，給數(shù)據(jù)圖像文件標(biāo)記上注釋和域。最終，一份報(bào)告的硬盤(pán)拷貝就產(chǎn)生了，點(diǎn)擊即可報(bào)告。
測(cè)量你所看到的
現(xiàn)在，缺陷、差異、間隙的測(cè)量就像它們的探測(cè)和識(shí)別一樣重要。迄今，已有3 個(gè)主要的測(cè)量系統(tǒng)：比較測(cè)量、立體測(cè)量和陰影測(cè)量。
比較測(cè)量是基于檢測(cè)圖像中一個(gè)已知的參考尺寸，以相同的視圖和平面來(lái)測(cè)量其他的物體（參考尺寸經(jīng)常由儀器制造者在適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置好，或者使用探頭確定）。
立體測(cè)量使用棱鏡來(lái)切分圖像，允許照相機(jī)使用精準(zhǔn)的角度分離來(lái)捕捉左面和右面的視圖，然后用計(jì)算機(jī)算法來(lái)分析用戶(hù)光標(biāo)的位置，用三角幾何方法獲得精密測(cè)量結(jié)果。
陰影測(cè)量依賴(lài)于到目標(biāo)距離的測(cè)量。陰影鏡頭在檢測(cè)物體上投影，產(chǎn)生的陰影位置顯示了到物體的距離。有了這個(gè)信息，陰影探頭系統(tǒng)就能精確計(jì)算出用戶(hù)選擇的缺陷的大小。這些方法可以測(cè)量深度、長(zhǎng)度、面積、點(diǎn)到線(xiàn)距離、多條線(xiàn)段的長(zhǎng)度、圓。
相位測(cè)量可以改進(jìn)成像，使測(cè)量更精確
雖然目前存在各種測(cè)量技術(shù)，但測(cè)量仍然是視頻內(nèi)窺鏡最棘手的問(wèn)題。測(cè)檢員必須訓(xùn)練有素、經(jīng)驗(yàn)豐富，從而獲得穩(wěn)定可靠、可反復(fù)驗(yàn)證的結(jié)果。這一專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平現(xiàn)在被稱(chēng)為RVI ，是專(zhuān)業(yè)化的官方無(wú)損檢測(cè)準(zhǔn)則，也是美國(guó)無(wú)損檢測(cè)協(xié)會(huì) TC1ALevel-III 測(cè)試和認(rèn)證過(guò)程中的一個(gè)部分。
最近隨著相位測(cè)量方法的發(fā)展，視頻內(nèi)窺鏡的精度、重復(fù)性和易用性得到了極大的改善。
三維相位測(cè)量是一種基于現(xiàn)有光學(xué)計(jì)量的技術(shù)。它將線(xiàn)形光線(xiàn)投射到表面, 并用具有高質(zhì)量光學(xué)器件的攝像機(jī)捕捉這個(gè)線(xiàn)形模式，然后用專(zhuān)有算法處理圖像，得到整個(gè)表面的三維點(diǎn)云圖。然后將之與測(cè)量結(jié)合使用, 獲得更多有關(guān)缺陷或者被測(cè)對(duì)象的精確信息。測(cè)量本身僅僅包括游標(biāo)在全屏圖像上的放置, 并不需要進(jìn)行點(diǎn)匹配、陰影鑒定或點(diǎn)選擇，這些步驟用其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)比較困難。
該測(cè)量系統(tǒng)的一大創(chuàng)新在于具有旋轉(zhuǎn)和縮放功能的3D 掃描，為對(duì)象的大小和形狀提供了超強(qiáng)指示。該系統(tǒng)的剖面視圖特征為對(duì)象大小和形狀的估計(jì)提供了進(jìn)一步幫助。當(dāng)用戶(hù)把游標(biāo)放到自己感興趣區(qū)域兩邊中的任何一邊時(shí)，三維相位測(cè)量系統(tǒng)就會(huì)在兩邊之間畫(huà)一條線(xiàn)。然后選擇剖面視圖，沿著這條線(xiàn)的交叉部分就會(huì)顯示出來(lái)，使凹陷、裂縫或者腐蝕部分更加清楚。與此同時(shí),剖面視圖也可以用于測(cè)量截面部分點(diǎn)的深度。
通過(guò)更強(qiáng)的易用性提高生產(chǎn)率
使用立體聲和陰影的測(cè)量方法既耗時(shí)又需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)。例如，采用立體測(cè)量，首先要使用觀(guān)察鏡頭識(shí)別缺陷，然后換成立體測(cè)量鏡頭，再重定位缺陷、鎖定圖像、匹配光標(biāo)，最后才能進(jìn)行測(cè)量。使用相位測(cè)量法，一旦定位缺陷、鎖定圖像，就能開(kāi)始測(cè)量，而不需要更換鏡頭。
由于沒(méi)有必要進(jìn)行點(diǎn)匹配、陰影識(shí)別、光標(biāo)匹配或者其他測(cè)量技術(shù)需要的點(diǎn)選擇等步驟，3D 相位測(cè)量法顯示了極大的易用性。這意味著更少的操作失誤和更多可重復(fù)驗(yàn)證的精確結(jié)果。
更多的潛在應(yīng)用
三維相位測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用就是測(cè)量飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)頂端到護(hù)罩的間隙。
飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和其他的軸體渦輪機(jī)，其特有的設(shè)計(jì)可以減少葉梢到葉片或外殼之間的徑距。如果葉梢和外殼之間存在間隙，汽油或者空氣就可能滲漏到下游部分，導(dǎo)致效率降低。因此無(wú)論是在生產(chǎn)還是檢修過(guò)程中，檢查間隙都顯得十分重要，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)候間隙大小會(huì)變化（高轉(zhuǎn)速和高溫會(huì)導(dǎo)致葉片的彈性徑長(zhǎng)增長(zhǎng)以及外殼的熱膨脹）。
以前為了測(cè)量葉梢到外殼的間隙，可以將一個(gè)薄金屬棒插入軸螺栓中，再把這個(gè)配件連接到風(fēng)箱上，從而金屬棒的末端恰好就是葉梢所在的地方。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后, 就能測(cè)量金屬棒的磨損量。很明顯, 這不是一種高精度的技術(shù)，還經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題, 如金屬棒會(huì)釋放金屬, 這可能會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害。
相位測(cè)量法提供了一種簡(jiǎn)單的、非接觸式的高精度技術(shù)來(lái)測(cè)量葉梢到外殼的間隙。
結(jié)束語(yǔ)
工業(yè)內(nèi)窺鏡自誕生之日起就展示了其眾多先進(jìn)之處。由于全數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流和改進(jìn)的光學(xué)照明技術(shù)，成像質(zhì)量得到顯著改善。機(jī)載處理過(guò)程的集成大大擴(kuò)展了RVI 的功能，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連通性極大促進(jìn)了數(shù)據(jù)共享。應(yīng)用程序軟件（例如MDI）有助于提高探測(cè)成功率，同時(shí)減少探測(cè)錯(cuò)誤的發(fā)生。采集、核查、報(bào)告和歸檔復(fù)雜數(shù)據(jù)的軟件平臺(tái)可以有效組織累積的數(shù)據(jù)，用以達(dá)到最佳效果?，F(xiàn)在這種創(chuàng)新的RVI 測(cè)量技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，能提供快速、精確的結(jié)果，并且具有更全面的成像信息，提高了生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制水平，使得檢測(cè)更智能、有效。
