刚性内窥镜技术解析：结构、分类与应用特性

在无损检测领域，当观测目标与检查人员之间存在直接、无障碍的通道时，刚性内窥镜凭借其卓越的成像质量和结构稳定性，成为了首选的视觉检测工具。根据具体的应用场景与技术要求，刚性内窥镜已经发展出多种形态各异的类型。

典型刚性内窥镜的构造与核心参数

标准的刚性内窥镜设计精密而高效。其核心构造如 图1 所示，通常包含一个坚固的不锈钢镜筒，内部集成了照明与成像两大系统。照明部分由光导纤维束构成，它将外部高强度冷光源的光线精确导入待测区域，确保观测视野清晰明亮。

成像系统则是一套复杂的光学接力系统，由前端的接物镜、镜筒内一系列精心排布的消色差转像透镜以及末端的接目镜组成。这套系统旨在提供高分辨率、低畸变的图像，其放大倍率通常在 3× 到 4× 之间，但在一些高倍率设计中可达到 50×。

图1 焦距可调刚性内窥镜典型结构示意图

为了适应多样化的检测需求，这类内窥镜在规格上提供了丰富的选项：

• 尺寸：插入管的直径一般在 4-15 mm，有效工作长度则从 20 mm 覆盖至 1500 mm。
• 观测角度：观测方向十分灵活，可选择 0° (直视)、45°、90°、110° 等不同角度的观测头。视场角（Field of View, FOV）同样可以从 10° 的窄视场到 90° 的宽视场进行选择，如 图2 所示。部分高端型号甚至允许镜筒进行 370° 旋转，极大地便利了对管壁等环形区域的周向扫查。
• 图像输出：图像可以通过接目镜直接由人眼观测，也可通过专用转接器连接照相机进行拍照存档，或与CCD/CMOS摄像机结合，在监视器上实现实时视频观测与记录。
• 环境耐受性：其插入部分通常设计为完全防水，可在 -10~150°C 的温度范围内工作，并能承受高达 405 kPa 的压力。

图2 某些刚性内窥镜设定的观测方向和视场角

应对特殊工况的衍生设计

随着工业制造向精密化、微型化发展，对检测工具的要求也愈发严苛。传统的刚性内窥镜在某些场景下会遇到挑战，这就催生了多种特化设计的出现。

微型刚性内窥镜

当检测通道极为狭窄，例如在精密铸件的微小孔道或电子元器件内部，微型刚性内窥镜便派上了用场。其结构上的关键突破在于采用了自聚焦透镜（GRIN Lens）构成的光学系统，如 图3 所示。这种设计使得镜身可以做到极细，其插入管径可压缩至 0.9-2.7 mm。

图3 微型刚性内窥镜典型结构示意图

这类内窥镜的特点是：

• 高倍率近摄：在极短的焦距下，放大倍数可高达 30×，非常适合细微缺陷的观察。
• 紧凑尺寸：工作长度可达 200 mm，同时提供 0°、15°、90° 等观测方向和 45° 至 80° 的视场角（其中直径 0.9 mm 的型号仅支持前视）。
• 环境适应性：插入部分同样全防水，但工作温度范围有所收窄，在空气中为 -10~80°C，在水中为 -10~30°C，并能承受约 1 个标准大气压的负压环境。

高放大率刚性内窥镜

对于需要进行精细失效分析或表面质量评估的场景，对放大倍率和分辨率的要求极高。高放大率刚性内窥镜应运而生。它通常将一个外径 10 mm 的高分辨力光学镜体与一个 17 mm 的电荷耦合器件（CCD）相机直接组合，通过在监视器上成像，可获得 10× 至 120× 的连续放大图像。其工作距离可达 42-54 mm，为操作提供了便利空间。这类设备专为严苛的工业环境设计，插入杆可在 -40~150°C 的温度下工作，耐受 0.7-1.5 atm 的压力，并能抵抗轻油、5% 盐水及飞机燃料的腐蚀。

获取高放大率下的清晰、无畸变的图像，对设备的光学性能和操作人员的经验提出了很高要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。 精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测设备内部缺陷检测，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

可延伸刚性内窥镜

面对超长管道或深腔的检测任务，可延伸刚性内窥镜提供了一种模块化的解决方案。通过连接标准的延伸管，可以构建出一支更长的内窥镜。其远端照明方式有两种选择：使用光导纤维束导光时，最大长度约 8 m，管径可以做得较小（可达 8 mm）；而采用内置白炽灯泡照明时，最大长度可达惊人的 30 m。用户还可以利用各种可互换的观测头来改变观测角度。一个需要注意的技术点是，这类内窥镜的物镜焦点通常是不可调的。

最后，值得一提的是，无论是何种类型的刚性内窥镜，其所配套使用的外部光源，在技术规格和接口上通常与柔性内窥镜是兼容的。