一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的装置及方法与流程

本发明涉及超细内窥镜，特别涉及一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的装置及方法。

背景技术：

1、目前内窥镜的前端探针的照明功能主要通过两个技术方案实现，一种是前端安装多个led照明模块、另一种是在探针内部布置光纤束组，光纤束组后端连接光源，将后端光源的照明光传导至探针端头实现照明。在亚毫米级内窥镜上，受限于led照明模块过大的尺寸要求，仅能采用光纤束组的技术方案；

2、亚毫米内窥镜采用光纤束组照明，其工作原理就是在探针内部集成多根超细光纤，通过光纤的导光功能将探针后端的光能传导至探针前端，实现探针前端区域的照明功能；

3、现有超细内窥镜内部光纤排布质量情况缺乏有效的检测装置及检测方法，仅通过端面出光大致判断光纤整体的出光情况，但是对光纤束各光纤的破损/漏光情况、光纤在探针内部的排布情况、光纤的出光相对入光的颜色变化情况均缺乏有效的检测设备与检测方法，无法对内窥镜内部光纤的集成质量进行多维度定量的质量检测评估，不利于内窥镜集成质量的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对上述不足之处提供一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的装置及方法，解决了现有超细内窥镜内部光纤排布质量情况缺乏有效的检测装置及检测方法的问题，通过本方案能够实现多类质量监控参照的定量化综合评判，为内窥镜内部光纤集成水平进行更科学有效的质量评定。

2、本发明是通过下述方案来实现的：

3、一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的装置，包括管件抓取部、光强检测部、光源输出部、工控机和底座；所述管件抓取部上设置有第一运动机构和管件定位支架，所述第一运动机构能够带动管件定位支架进行多维运动；所述光源输出部上设置有第二运动机构；所述第二运动机构能够带动光源输出部的输出端进行多维运动；所述光源输出部的输出端与光强检测部正对设置，所述管件抓取部、光强检测部、光源输出部均与工控机连接；所述光强检测部、光源输出部设置在底座上。

4、基于上述一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的装置的结构，所述管件定位支架上设置有多个不同间隙的两点式夹持点位；在超细内窥镜管件被管件定位支架夹持后，超细内窥镜管件的轴线与光强检测部和光源输出部的连线平行。

5、基于上述一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的装置的结构，所述光强检测部包括固定支架和光强传感器；所述固定支架设置在底座上；所述光强传感器被固定支架固定后，其接收端面正对光源输出部的输出端。

6、基于上述一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的装置的结构，所述光源输出部包括运动支架、多维姿态调节机构、面阵式光源；所述底座上设置有与运动支架配合的一维导轨；所述运动支架活动设置在一维导轨上，所述多维姿态调节机构设置在运动支架上，所述面阵式光源设置在多维姿态调节机构的运动端。

7、本方案还公开一种用于亚毫米内窥镜光纤排布质量检测的方法，包括以下步骤：

8、步骤一：调节面阵式光源和光强传感器，使两者对齐；

9、步骤二：面阵式光源和光强传感器初始化工作状态自检；

10、步骤三：设置面阵式光源的各像素点的光谱参数与光强参数为固定值，根据光源的光谱范围及光强参数，在光强传感器上安装匹配的滤波片组件；

11、步骤四：光强传感器的各单个传感单元进行修正，并对相同的光谱参数与光强参数的光源生成相同的量化表征数据。

12、步骤五：再次调节多维姿态调节机构，将面阵式光源和光强传感器按像素点1-1对1-1、1-2对1-2、…、n-n对n-n对准；

13、调节底座的一维导轨，平移运动支架直至面阵式光源和光强传感器中间区域长度大于待检测超细内窥镜管件长度；

14、将超细内窥镜管件按照自身管件直径参数，放置管件定位支架对应尺寸间隙的两点式夹持点位；

15、步骤六：根据超细内窥镜管件两侧端头轮廓在准面阵式光源和光强传感器的像素位置；计算探针相对面阵式光源和光强传感器中轴线的角度偏移量；根据角度偏移量控制第一运动机构调节超细内窥镜管件角度姿态，直至两侧端头轮廓对应的像素点位一一对应；

16、步骤七：计算得出光纤在超细内窥镜管件的位置偏移量，按不同偏移统计光纤的偏移数量级偏移量，形成量化的统计数据；

17、步骤八：判断各根光纤的色域偏移量δ的质量状态，形成光纤传导过程的色域状态变化的具体数据。

18、步骤二具体为：分别开启面阵式光源和光强传感器，将当前光强传感器获取的数值作为背景光强噪声，设置读数归零，通过工控机调节面阵式光源各点位像素，按照以下逐行扫描方式一次开启/关闭各点位像素；

19、1-1、1-2、1-3……、1-(n-1)、1-n；

20、2-1、2-2、2-3……、2-(n-1)、2-n；

21、……

22、n-1、n-2、n-3……、n-(n-1)、n-n；

23、依次读取光强传感器各光强感器像素的数值同步调节多维姿态调节机构，面阵式光源的1-1、1-2……n-(n-1)、n-n依次对准光强传感器1-1、1-2……n-(n-1)、n-n，实现面阵式光源和光强传感器的像素级空间位姿对准，完成面阵式光源和光强传感器初始化工作状态自检。

24、步骤四具体为：开启面阵式光源的某一点位出光，设置光谱参数与光强参数为固定值，然后控制多维姿态调节机构，依次按照像素级对准方式，将光强传感器

25、1-1、1-2、1-3……、1-(n-1)、1-n；

26、2-1、2-2、2-3……、2-(n-1)、2-n；

27、……

28、n-1、n-2、n-3……、n-(n-1)、n-n；

29、各单个传感单元对准面阵式光源出光，依次获取各传感单元读取的光谱参数与光强参数并进行均值化处理，得到光强传感器n2个传感点位读取参数的平均值，并根据该数值对各传感单元进行修正，修正后光强传感器的各传感点位对相同的光谱参数与光强参数的光源生成相同的量化表征数据。

30、步骤六具体为：调节运动支架在底座的一维导轨位置参数，将超细内窥镜管件的两个端面分别紧贴面阵式光源和光强传感器，设置光谱参数与光强参数为固定值,按照1-1、1-2、1-3……、n-(n-1)、n-n方式依次开启面阵式光源，同步读取每个点位光源开启时，根据光强传感器面阵各点位不同的感光数值，识别出探针两侧端头轮廓，根据轮廓在两个已对准面阵式光源和光强传感器的像素位置，计算探针相对面阵式光源和光强传感器中轴线的角度偏移量，根据角度偏移量控制运动机构调节超细内窥镜管件角度姿态，直至两侧端头轮廓对应的像素点位一一对应。

31、步骤七具体为：编制光强出光程序，依次开启探针轮廓区域内的各单点出光点位，并根据光强传感器有具体读数的感应点获得对应出光点位，计算得出光纤在超细内窥镜管件的位置偏移量；重复上述操作，依次获得每根光纤的位置偏移量；统计位置不同位置偏移量，按偏移量100%、90%、……20%、10%、0%统计光纤的偏移数量级偏移量，形成量化的统计数据，为光纤的穿管排布质量提供定量化判定的支撑数据；

32、读取每根光纤在入光端的光源数值与出光端的传感器感应数值，获得每根光纤的传导过程的光能损失率；按光能传导率100%、90%、……20%、10%、0%统计光纤的传导数量，进而判断光纤完整无破损，对应100%；光纤侧壁轻微漏光，对应0%~50%；光纤侧壁严重漏光，对应50%~10%；光纤断裂，对应0%；形成量化的统计数据，为光纤的光能传导效率提供定量化判定的支撑数据。

33、步骤八具体为：根据光源的光谱特性以及光纤自身对不同波段光的导光特性，在光强传感器安装匹配的滤波片组件，读取每根光纤在入光端的光谱数据与出光端的传感器光谱数据，获得每根光纤在传导过程的光谱变化情况；获得出光光谱坐标相对入光光谱坐标的偏移量，计算获得色域偏移δ的量化数据，根据评判标准，判断各根光纤的色域偏移量δ的质量状态，形成光纤传导过程的色域状态变化的具体数据，为出光端光纤胶烘干工艺提供定量化判定的支撑数据。

34、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

35、1、通过本发明装置及检测方法，可实现超细内窥镜各根光纤排布位置、光能传导效率、光色域等指标的定量化测量，形成的定量化检测数据可为超细内窥镜的装配工艺、装配质量等提供有效的支撑。同时针对一定范围内的光纤质量退化问题，通过超细内窥镜光源与光纤的点对点匹配修正，可恢复各光纤出光质量的一致性。

36、2、本发明通过精确标定的面阵式光源和光强传感器（二者位置的像素级精确对准、各像素点的光强及色域坐标的归一化标定等），配合设计的机械运动机构及装夹结构，可实现超细内窥镜内部光纤状态的快速检测。

37、3、本发明通过测算遮挡阴影结构位置偏移数据，进而测算管件角度偏移的超细管件对准方法，实现超细管件位姿的准确定位功能。

38、4、本发明通过面阵式光源与光强传感器像素对像素单光纤逐个位置检测方式获得超细内窥镜内部各根光纤在穿管过程的径向位置偏移量，通过单根光纤入光端与出光端光强的测量方式获得各根光纤导光过程的损失并判断当前光纤的状态（完整、局部漏光、断裂等），通过对光源各像素点出光色域标定及标定照明光通过光纤传导在出光端的色域参数检测，获得各出光点点位相对照明入射光的色域偏移信息，进而为出光端的光纤胶烘干工艺提供量化数据支撑（各区域烘干温度均匀性，颜色变化量等）

39、5、本发明针对光纤出光面光强减弱、颜色变化等质量退化问题，通过光源的对应点位入光光强及色域参数的补偿性匹配调整，可保障对应光纤出光质量达到预设要求。