魏字转等：Ｉ业内窥镜校准方法探讨 工业内窥镜校准方法探讨 魏宇林 张 蓓 刘 丹 安 然 （长春市计量检定测试技术研究院，吉林长春１３００１２） 摘要：文章简要介绍了工业内窥镜的校准方法。 关键词：工业内窥镜；探讨；校准 中图分类号：ｒⅢ７７ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４１０．５５ Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ Ｗｅｉ Ｙｕｌｉｎ Ｚｈａｎｇ Ｂｅｉ Ｌｉｕ Ｄａｎ Ａｎ Ｒａｎ １概述 的毒品及走私物品。 １．Ｉ工业内窥镜应用于无损检测中目视检测，可直接反 （１Ｏ）公用民生方面：用于检查自来水管道排水管、煤 映出被检测物体内外表面的情况，不需要通过数据的对 气管道的锈蚀和堵塞的。 比或检测人员的技能和经验来判断缺陷的存在与否。在 （１１）电力行业：用于核电、火力、水力站内各类热交 检测的同时可以使用工业用内窥镜设备对整个检测过程 换器、管道、涡轮机等的检查和保养。 进行动态的录影记录或照相记录，并能对发现的缺陷进 （１２）考古领域：用于佛像、古墓内部等观察。 行定量分析，测量缺陷的长度、面积等数据。工业内窥镜 可见工业内窥镜应用十分广泛，目前我国计量部门 与照相机、摄像机或电子计算机耦接，组成照相、摄像和 还没有针对工业内窥镜检定／校准的规程和规范。本文 图像处理系统组成，从而进行视场目标的监视、记录、贮 对工业内窥镜的校准项目、技术参数等内容提出笔者的 存和图象分析。可分为：纤维内窥镜、电子内窥镜及光学 观点，希望与同行商榷。 内窥镜等三类。 ２校准条件 １．２工业内窥镜主要应用于１２个领域： ２．１温度：（１５～３５） ； （１）汽车行业：用于检查发动机、油压部件，喷嘴部分 ２．２相对湿度：≤８５％； 的质量检查及组装检测。 ２．３仪器不受强光直射，周围无强电场，磁场干扰或强 （２）机械行业：用于检查锅炉、热交换器；机械设备及 烈震动。 制造装置。 ３校准用标准器及其配套设备 （３）石油化工行业：用于工艺性配置管道，压力容器、 ３．１照度计：测量范围：（０～２００）ｋｌｘ，一级或二级。 锅炉、热交换器等设备的检查。 ３．２焦度计：测量范围：（０～２５）１ＴＩ～，最大允许误差：± （４）电子行业电气行业：用于机械动作检查，零件检 ０．Ｏ１ ｍ～。 查和研究开发领域。 ３．３测角器：测量范围：０～３６０。，最大允许误差：±０．２。。 （５）航空行业航天行业：用于涡轮、叶片、燃烧室的定 ３．４游标卡尺：分度值：０．０５ ＩＩｌ／Ｉ１。 期检查或机体的检查，以及火箭发动机的研究、制造。 ３．５钢卷尺：测量范围：（０～５）ｍ，二级。 （６）钢铁行业：用于设备维修保养、管材产品的质量 ３．６ ＪＢ／Ｔ ９３２８—１９９９规定的Ａｌ号分辨力板：各单元明 检查。 （或暗）线条中心间距偏差为±５％，相邻两单元明（或暗） （７）铁路和船舶行业：用于检查涡轮、加热器、柴油 线条中心间距偏差的差值在±５％以内；明（或暗）线条的 机、锅炉火焰、管道的检查。 线宽偏差为１０％。 （８）建筑工程行业：用于检查钢管的锈蚀及污垢、墙 ３．７泄露电流测试仪：测量范围：（０～２）ｍａ，１．０级。 壁等内部诊断、钢筋生锈的状况、桥梁接头的裂纹等，还 ４主要校准项目与方法 可用于隧道内侧的空洞、建筑模型的观察。 ４．１校准前检查 （９）公共安全领域：、海关部门可用来检查藏匿 ４．１．１在足够的照明下观察内窥镜外表面，应平整、光 收稿日期：２０１４—０４—０８ 《计量与锄试技术》２∞４车第４１卷第９期 滑、无划痕、毛刺。电镀件表面应色泽均匀一致，不应有 用刻度尺上线条轮廓的两个极限距离，即为最佳工作距 明显的擦伤、烧痕和可见的裂纹、针孔、麻点、斑点、毛刺。 油漆或喷塑件表面应平整光滑，色泽均匀，不应有露底、 起泡、剥离、开裂等现象。 ４．１．２照明光斑 在正常工作距离处，在被测端放置一张白板，用浸透 射光或内窥镜自带光源照明，从目镜或监视器中用肉眼 进行观察。照明光斑应充满视场，无明显的亮暗区域。 ４．１．３视场光栏方向标记（适用于纤维内窥镜） 在正常工作距离处，在被测端放置一张白板，用浸透 射光或内窥镜自带光源照明，从目镜看去，视场光栏箭头 指示方向标记的方向应在上方。 ４．１．４脱胶或霉斑 在正常工作距离处，在被测端放置一张白板，用浸透 射光或内窥镜自带光源照明，从目镜或监视器中用肉眼 进行观察，不应有明显的脱胶或霉斑现象。 ４．２校准项目和方法 不同类型工业内窥镜校准项目见表１。 表１ 校准项日 纤维内窥镜电子内窥镜光学内窥镜 探头照度 ＋ 十 ＋ 目镜视度 ＋ 一 一 最佳工作距离范围（景深范围） ＋ 十 十 视场角 ＋ ＋ 十 弯曲角度 十 ＋ 一 工作长度 十 ＋ ＋ ］：作夕 径 ＋ ＋ ＋ 分辨力 ＋ ＋ ＋ 漏电流 ＋ ＋ ＋ 注：１．＊表示此校准项目仅对应具有弯曲功能的工业内窥镜。 ：查生：！＝＝垂叠堕垫 璺垦：：＝：：鲞重里至鳖 旦１ ４．２．１探头照度 将光源与内窥镜连接，在距离内窥镜物镜探头端部 １０ｒａｍ处放置照度计探头，在环境光照度值低于８０１ｘ的情 况下，调节内窥镜光源亮度至最大值，照明光要充满照度计 探头，待照度计指示值稳定后，记录数值。按此方法测量三 次取其平均值，按公式（１）计算平均值作为测量值： ＝ （１） 式中： 一探头照度平均值，ｂ（； Ｌ１、Ｌ２、 ３一探头照度的单次测量值，ｌｘ。 注：应记录校准时的环境光照度值。 ４．２．２ 目镜视度 将视度筒套在目镜上，并来回转动目镜视度调节圈， 检查调节功能是否正常，测量并记录目镜屈光度数值。 ４．２．３ 最佳工作距离范围（景深范围） 将内窥镜固定，在物镜探头前放置一专用刻度尺（带 有１．２ｒａｍ或０．８ｍｍ宽度的线条），移动专用刻度尺与物 镜探头之间的距离，记录在目镜或监视器上能分辨出专 离范围（景深范围）。 ４．２．４视场角 可选择采用图１、图２中所述的任何一种方法。测 量三次视场角数值，按公式（２）计算平均值作为测量值： 一 ： １ （２）、厶， ｊ 式中：』９一视场角平均值，。； 、 ２、 ３一视场角的单次测量值，。。 图１距离法测视场角 １一图案板；卜物镜探头； 一视场角；Ｄ－－图案板直径；，｜一观察光学 系统最前面距图案板距离 图案板的直径Ｄ外圆边与内窥镜视场光栏圆周重 合时，测出物镜探头端面到图案板距离 ，按公式（３）计 算视场角 ： ＝２ａｒｅｔａｎ（Ｄ／２Ｌ） （３） 如图２所示，将物镜探头端面中心作为测角器的圆 心，调整测角器位置，使测角器刻度成像在监视器对角线 上，从监视器上读取测角器的刻度值。 图２测角器法测视场角 ４．２．５弯曲角度 对具有弯曲功能的工业内窥镜，将弯曲部后面的主 软管部分呈平直状态，操作弯角手轮，使弯角分别向上、 下、左、右弯曲至最大角度时，用测角器测出四个方向中 的最大角度值为弯曲角度。 ４．２．６工作长度 用钢卷尺测量主（软）管至探头的长度总和为工作长度。 ４．２．７工作外径 用游标卡尺测量主（软）管至探头等各个部件的最大 外径尺寸，为工作外径。 （下转第ｌ８页） 《计量与溅试技，Ｉ：）２ｏｔ４年第４１基第９期 １时，黑体源辐射出的温度会受到环境温度的影响，发射 率偏离１越远，环境对其辐射温度影响越大，最后对测量 结果修正值也就越大。 ３结论 以上是在辐射温度计响应波长一定情况下，主要通 过计算环境辐射对黑体辐射温度、发射率不为１辐射温 ２．２环境辐射对辐射温度计示值的影响分析 同理，由公式（１）～（３）可以看出，环境辐射亮度对发 度计的修正值，分析和讨论了在计量检定工作中环境辐 射对辐射温度计测量结果的影响大小，并阐述了在结果 计算中对它们进行修正的必要性和重要性。 环境辐射作为检定辐射温度计时的背景辐射源，会 对辐射源和温度计本身产生影响，从而会对温度计接收 的辐射温度信号产生影响。随着温度不断升高，相对于 高温辐射，环境辐射的影响会逐渐减弱。 另外，当在测量过程中环境温度发生变化时，环境温 最大变 射率不为１的辐射温度计示值也是有影响的。为了说明 环境温度对辐射温度计示值的影响大小，假设黑体辐射源 发射率为１，使用工作波段为（８～１４）／ｍａ、发射率设定为０．９５ 的辐射温度计，利用公式（２）进行在（ ±５）。Ｃ环境温度范围 内进行计算，利用公式（２）计算结果如表２所示。 表２不同环境温度下辐射温度计示值偏差 黑怫＝温 环境温度（ｃｃ） 度波动变化对测量结果的贡献相对较小，远远小于黑体 发射率和辐射温度计发射率设定不为１的影响，但是，随 着检定温度点的升高，温度越高，环境温度变化对两者的 影响越来越小。工作用辐射温度计的检定可以基本忽略 度（℃）１５．Ｏ １６．Ｏ １７．０ １８．Ｏ １９．０ ２０．０ ２１．０ ２２．０ ２３．０ ２４．０ ２５．０ 化量 其影响，然而，对于高精度的辐射温度计的检定，应对环 境温度进行严格控制，以减小其波动引入的不确定量。 同时，也说明了黑体辐射源空腔有效发射率ｅ是非 常重要的参数，要精确检定或校准辐射温度计，逐渐减小 影响因素的量值，高发射率黑体辐射源的研制需求越来 由表２可以看出：在黑体源的发射率一定情况下，当 黑体源温度一定时，黑体温度与环境温度相差越远，辐射 越迫切。 参考文献 温度计示值显示偏差越大，反之，辐射温度计示值显示偏 差越小，相等时，则为零；当环境温度不变时，在同一环境 ［１］张钦．红外测温仪的工作原理及检定数据处理方法探讨［Ｊ］．计量 测试与技术，３５（８），２００８． ［２］段宇宁．黑体辐射源研究综述［Ｊ］．现代计量测试，（３）２ＯＯ１． ［３］李吉林等．辐射测温和检定校准技术［Ｍ］．中国计量出版社，２００９． ［４］邓荣等．环境辐射对红外辐射温差的影响［Ｊ］．红外技术，（７）２０１０． ［５］原遵东等．发射率设定值不为１的辐射温度计的校准［Ｊ］．计量技 术，（５）２００７． 温度辐射下，随着温度的逐渐升高，辐射温度计测量显示 值偏离真实温度越大；从变化量角度来看，当黑体源温度 一定时，环境温度变化会影响辐射温度计显示结果，温度 越低，影响越大，当黑体源温度逐渐升高时，环境温度变 ［６］王．固定发射率辐射温度计校准中的温度修正计算方法［Ｊ］． 宇航计测技术，２６（２）。２００６． 化引起的黑体源辐射温度变化量随之越小。但总体来 看，在测量过程中，环境温度波动变化对测量结果的贡献 相对较小，远远小于辐射温度计发射率设定不为１的影 响，工作用辐射温度计的检定基本可以忽略其影响，但是 对于测量精度要求较高时，应考虑其影响量。 （上接第１６页） ４．２．８分辨力 作者简介：赵亿坤，男，工程师。工作单位：维吾尔自治区计量测试研 究院。通讯地址：８３００１１乌鲁木齐市河北东路ｌｇｇ号。 薛文艳，陈武卿，维吾尔自治区计量测试研究院（乌鲁木齐 ８３００１１）。 ［１］ＧＢ ９７ｏ６．１９—２０００医用电气设备第２部分：内窥镜设备安全专用 要求（ＩＥＣ ６０６０１—２—１８：１９９６，ＩＤＴ）． 将物镜探头前端固定，将Ａ１号分辨力板放置在观 ［２］ＧＢ ｌ１２４４—２００５医用内窥镜及附件通用要求（ＩＳＯ ８６００—１：１９９７， ＭＯＤ）． 察光学系统最前面的规定工作距离处，以２２０Ｖ／１５Ｗ白 炽灯照明，通过目镜或监视器观察视场中心，应能分辨清 楚Ａ１分辨力板同一组中的四个方向的最佳条纹，即为 分辨力数值。 ４．２．９泄漏电流 ［３］ｊ￣／ｒ ９３２８—１９９９分辨力板． ［４］ＪＢ／Ｔ １１１３０—２０１１工业内窥镜． ［５］ＹＹＯＯ６８．１—２００８医用内窥镜硬性内窥镜第１部分：光学性能及测 试方法． 依据ＧＢ ４７９３．１—２００７要求进行校准。 参考文献 作者简介：魏宇林，男，高级工程师。工作单位：长春市计量检定测试技术 研究院。通讯地址：１３００１２吉林春市硅谷大街９２８号。 张蓓，刘丹，安然，长春市计量检定测试技术研究院（长春１３００１２）。
