我是一名大三学生，准备考研，在选专业时碰到有＂内视技术与信息处理技术＂这个专业，请问＂内视技术＂指的是什么？而这个专业具体涉及到了那些方面的知识？其前景如何？
内视镜检测技术在飞机发动机维修上的应用
王绪智
随着航空科技的不断发展，飞机及其相关子系统和组件的构造越来越复杂，对飞行安全的要求也越来越高。因此，各国在飞机的生产制造、使用、维护和维修过程中，都建立了一系列严格的监测检验程序，力图通过提高飞机各子系统及其零部件的可靠性来保证其飞行安全。近年来，无损检测技术在飞机上得到了广泛运用，已成为飞机及其发动机检查工作的最重要手段之一。
目前被广泛应用的无损检测方法包括：荧光液渗检测（fluore-scence Liquid Penetrate Testing）、磁粒检测（Magnetic Particle Testing）、超音波检测（Ultrasonic Testing）、射线检测（Radio-graphic Testing）、涡电流检测（Eddy Current Testing）和光学目视检测（Optical Visual Testing）等六种。这六种检测方法在飞机各子系统和零部件的检测应用上，各有其特殊的功效，但在对机体/机翼或发动机内部深处进行检查时，检验设备无法直接靠近该部位，必须首先拆解外部构件，不仅影响到检测工作的进度，还要耗费大量的维修工时和成本。
为了克服这些无损检测方法存在的上述缺点，目前国外已开始利用遥视检测（Remote Visual Inspection, RVI），或称为内视镜检测技术，来对飞机和发动机的内部进行检测。这种检测方法是利用光纤作为光源，使用刚性的或柔软的内视镜和摄影器材等设备，通过飞机和发动机上预留的检查孔，对飞机和发动机的内部表面进行检测。应用内视镜检测方法，可以减少飞机和发动机在维护/维修中不必要的拆装工作，降低维修人员、工时和器材的耗损，提高飞机维修的效率和质量，并降低修护成本。
一、内视镜系统的种类和功能
目前在飞机/发动机维修检查中最常用的内视镜系统，大致可分为：刚性内视镜（Rigid Borescope）、软式光纤内视镜（Flexible Fiber scope）、视频图像内视镜（Video image scope）、荧光光纤内视镜（Fluorescent Fiber scope）和修磨内视镜（Blending Scope）等五种。
1、刚性内视镜
刚性内视镜主要是利用安装在一个直的不锈钢管套内的一系列透镜，或是由一束套在细钢管中的石英纤维来传送检查中拍摄的图像。在这个钢管中还安装有用来将光线从光源引导至检查点的光纤。为了便于从各个角度开展检查，刚性内视镜的检测镜头通常是活动的或可更换的。有些刚性内视镜还具有扫描控制（Scanning Control）能力，可以通过持续变化扫描方向，或是利用可调整的棱镜，在不须移动眼睛位置或转移光缆的情况下，迅速以较大的视角来进行检测工作。
2、软式光纤内视镜
软式光纤内视镜使用两组光纤光束（Fiberoptic Optical Bundle），分别是图像光纤光束和照明光纤光束，共同设置在一个可弯曲的伸入软管中。对于一般的软式光纤内视镜，主要的组成部分包括插入部分（含前端部分、弯曲部分和柔软部分）、控制部分和目镜。此外，图像传导纤维、光导纤维和检测角度控制绞线也都安装在伸入软管内。
由软式光纤内视镜末端的物镜（Objective Lens）所捕捉到的受检物体图像，将不象刚性内视镜那样由一系列透镜传送，而是由一个特别的光纤束（称为图像束（Image Bundle））传回到目镜（Eye piece），供检查者进行观测之用。
软式光纤内视镜主要是利用高品质玻璃纤维束来提供图像传输功能，图像分辨率的好坏取决于光纤的品质。由于软式光纤内视镜的镜体柔软且可弯曲，因此可以容易地通过导管伸入到不易接近的拐角部位，进行检测工作。其应用要比刚性内视镜更灵活。例如，在检测发动机中高温、高压的涡轮叶片时，可以将软式光纤内视镜通过燃烧筒的检查孔导入，从而完成检查，而刚性内视镜则无法完成这类任务。目前各国使用的软式光纤内视镜的直径范围在0.6~13.5毫米之间，工作长度（Working Length）在1~6米不等。
近年来随着光学技术的发展，软式光纤内视镜已经开始使用高密度玻璃纤维束，可提供非常明亮、清晰的图像。同时，这种内视镜的检测镜头，除了可以像刚性内视镜那样根据需要更换合适角度的镜头外，还可利用控制器来（朝2个或4个方向）调整弯曲段末端的角度（最大可达120度）。另外，国外最新型的软式光纤内视镜采用了锥形镜管（Tapered Flex），能够插入多重弯曲的管路中，使检测工作更加方便。
3、电子图像内视镜
这类内视镜系统主要是利用超小型的电荷耦合器件（Charge Coupled Devices, CCD）来实现图像的传输，它是将物镜所获取的图像先转换成电子信号，再将其传导到图像控制器，并使图像呈现在监视器的银幕上，使检查者可通过彩色监视器观看到高分辨率的检测图像。电子图像内视镜可使用电池提供能源，其操作使用效果要超过前述两种内视镜，并有轻巧、携带方便的优点，此外，这种内视镜的图像清晰度和工作距离均优于光纤内视镜。
目前国际上最新型的电子图像内视镜安装了最新开发的光学镜头和电荷耦合器件，大幅提高了图像分辨率。不仅可通过光学接头所指示的方向和视角来精确地量测距离，还可以同时以直视和侧视的角度观察飞机发动机的内部。此外，这种内视镜可将小型麦克风安装在控制部的前端，当内视镜与录音装置连接后，声音即可与摄影机的图像结合在一起。同时，这一新型电子内视镜可任意向上、下、左、右四个方向弯曲，且每个方向弯曲的角度可达150度。在该型内视镜的控制器上共设计了五个按键，只须用拇指按压即可完成图像定格、电子变焦、全景图像、图像加强和亮度调整等功能。其弯曲段的制造材料已不再是传统使用的不锈钢织带，而是使用了钨织带，其构造更加牢固。该内视镜在插入部位采用了独特的锥形结构，使其前端部分柔软且坚固，能容易地插入并接近检测点进行检测。
这种最新型的电子图像内视镜，除了可提供清晰的图像外，还有其它的使用功能，其中之一就是对问题进行立体测量，其操作和人眼有着相同的原理，即利用左、右两边的物镜去观察同一个物体的图像，再计算出物体与各镜头的距离。当该物体的图像呈映在左、右镜头上时，可利用三角测量原理，自动计算出物体（或缺陷）的实际尺寸。此外，该型电子内视镜也具有图像储存和传送功能，可通过E-mail将图像数据传送到各相关人员的笔记本电脑上，使他们可以随时随地进行缺陷的分析工作，而使飞机维护/维修的检查工作更加方便。
4、荧光光纤内视镜
在金属物体表面上使用荧光（或染色）渗透液，来检查微小的裂纹和瑕疵，是各国工业界使用的传统无损检测方式。目前一些先进国家的飞机制造和修理厂商将前面介绍的内视镜技术与传统的液渗检测法相结合，开发了紫外线遥视检测（Ultraviolet -RVI）系统，也称为荧光光纤内视镜，用来检查一般眼睛无法（或不易）看到的飞机/发动机内部的细微裂纹缺陷。
荧光光纤内视镜的基本原理是，当某些物质被紫外光照射时，就会有荧光反应，而且可以很容易地被观测到。利用这一原理，在检测中，将荧光（染色）液渗剂涂抹在物体表面上，在清除过量的渗透染剂并涂上显影剂后，用黑光灯照射该处，就可看出表面上发丝状的细小裂纹。
这种内视镜检测系统除了具有上述内视镜的相关功能外，还可由物镜前端喷出压缩空气、水、荧光渗透液和显影剂等萤光检测所需材料，以及黑光灯的光源。
5、修磨内视镜
在飞机维修中，非定期的发动机拆装、维修最为浪费工时和成本，但其往往又是一个不可避免的维修过程。即使是按照最严格的标准设计/制造的现代涡轮发动机，在使用中也无法保证不会受到损伤。造成发动机非定期拆装的主要原因之一，就是高压压缩机（HPC）的叶片受到外物的损坏。长期以来，当飞机发动机受到外物的损坏时，必须将其从飞机上卸下并拆解维修，受损的叶片更换或修理完毕后，再组装回去，并运往试车室（或试车台）进行试车。这种维修会花费大量的人力、工时和材料，造成维修成本的增加。近年来一些发达国家的航空工业部门研究成功了一种兼具检测和维修双重功能的修磨内视镜系统，其构造和传统的刚性内视镜相似，只是在刚性内视镜镜管的最前端加装一个磨头插座，可根据需要安装不同的磨头，以及调整适当的工作角度。该内视镜有一个侧向镜头，除可用于一般的检测外，还可让检查者直接利用肉眼或电子显像方式，来监视磨头进行修磨工作的情况。在修磨内视镜中有一个极小的电动机，可以用每分钟数千转的转速，来驱动该磨头的运转，并且根据实际需要调整适当的转速。其配备的各种不同长度、可更换的磨头，可分别用于进行切割、研磨、磨光和擦亮等维修工作，使整个修护工作能在不拆解任何发动机外部构件的情况下完成，从而显著降低维修工时和成本。总体而言，这种修磨内视镜设备具有以下优点：优异的图像品质和理想的视角；操作上的高精度；可容易地更换不同的磨头，提高维修的灵活程度；可容易地测量和判断机件损坏情况和修磨维修的结果；磨头转速和观察位置可根据所使用的磨头的长度进行适当调整；可直接用肉眼或电子图像系统进行检测和监视修磨工作的进行情况；设计简单、体积小、重量轻、携带方便等。
二、内视镜检测的特点
从以上各种内视镜系统的功能介绍可以看出，内视镜检测技术可使检查者容易地观察到飞机/发动机的内部机件和结构的缺陷情况，而这些是无法用肉眼直接看见的。因此，内视镜检测技术可以看成是眼睛在视力上的延伸。但内视镜检测的优点并不仅限于此，它可以将检测点处的缺陷以清晰、高分辨率的完整、彩色图像传送回来，并可利用电子图像的方式将其捕捉、增强、分析和存储，以做为检测人员后续维修工作的参考。而修磨内视镜则进一步将检测和维修两种功能合二为一，大幅度提高了内视镜系统在飞机维修上的使用效能，因此，其在未来飞机/发动机的检测和修护方面，具有巨大的发展潜力。
内视镜系统一般使用于飞机以下部位的检查：发动机（含进气风扇、压缩机的涡轮叶片、燃烧筒、齿轮箱和滑油箱等），机体各部位（含机身、机翼、起落架系统、垂直/水平尾翼等），以及其它无法直接由目视观察到的部位。检查的项目以机件受到外物损伤、腐蚀、硫化、磨损、裂纹和污染物的影响为主。
在使用内视镜进行检测时，首先应考虑以下几个因素，做为选用内视镜设备的依据：
1、检查伸入孔的大小。检查伸入孔的尺寸大小，将会限制内视镜镜管直径（或工作直径）的大小。
2、检测点的接近路径。如果通往检测点的接近路径是直线型的，则比较适合采用刚性内视镜来进行检测工作；如果是弯曲（或曲折）的接近通路，就必须选用软式光纤内视镜或电子图像内视镜。
3、检查伸入孔的位置。在检测时，必须将内视镜的物镜伸入到足够接近检测点（或受检物）的位置，才能开展检测工作。检查伸入孔的位置将决定内视镜的观测方向、接近路线和工作长度的选取。如果在检查入口没有足够的伸展空间，则检验者可能需要一个与目镜连接的调整器，以获得最合适的观测角度。
4、物镜到受检物的距离。无论是使用标准的还是高强度的光源，物镜到受检物之间的距离远近，都将会直接影响照明的需求量，而且，物镜也需利用最佳的视角，来获得最好的图像分辨率和最大的放大率。
5、缺陷的大小。受检物的缺陷大小差异很大，既有细如发丝的裂纹，也有较大的损坏裂痕。这些缺陷的尺寸大小，是选择内视镜的放大率、视角、聚焦能力和镜片分辨率的重要参考因素，以便能获得合适而清晰的缺陷图像。在通常情况下，较大的视角可以较快地扫描大的范围，并且可避免在检测时丢失部分受检物图像的情况。
6、受检物的轮廓大小。受检物的轮廓包括整个受检物体、裂痕或裂纹，以及变形等部分的大小，这是确定视角和光源亮度的最重要因素之一。如果受检物处于检测区域的长度过长或太深，则受检物的某些部位可能会在不同的平面上，故所采用的内视镜系统必须具备足够的调焦功能，以便可以在一个固定位置上，能够很清楚地捕捉到不同距离或深度的受检物图像，并完整地传送给检验者。
7、光线的反射率（Reflectivity）。对于那些涂抹了碳涂料的漆黑物体表面而言，由于其光线反射率较差，因此需要较强的照明效果，才能获得较佳的受检物图像。
三、可使用内视镜进行检查的缺陷
在进行飞机发动机的维护检查时，最常见的缺陷大致有：外物损伤、硫化、裂纹和烧损四种，这四种缺陷均可通过内视镜进行检查。
1、外物损伤
在飞机发动机的维护检查中，对因外物而造成的各种损伤进行检查和处理，是飞机使用期间耗费维修人力、物力最多的问题。造成外物损伤的原因主要是发动机吸入了松脱的金属螺帽或铆钉、冰雹、破碎的铺路材料（碎石和水泥块），以及遭受鸟的撞击等。
2、硫化（Sulfidation）
所谓的“硫化”就是金属的高温腐蚀现象。这一现象经常发生在涡轮发动机的表面上，其原因是由于金属（主要是铬元素）和硫化钠在机件表面发生化学反应造成的。长期的化学反应后将导致涂层逐步发生氧化，造成涂层脱落，随后进一步腐蚀金属表面，使金属表面呈现粗糙不平，进而深入金属内部，使其结构彻底损坏。与金属发生反应的硫化钠是在发动机使用过程中，硫酸盐与钠元素受热而产生的。通常情况下，硫化现象从开始发生到机件表面完全损坏为止，大致可分为以下五级：
一级——涂层表面出现起泡现象。
二级——起泡区域开始扩大，并产生剥离现象。
三级——剥离现象扩大形成块状脱落。
四级——腐蚀情况已伤及金属母体。
五级——金属母体被穿透。
当发生一到三级的情况时，机件还可继续使用，到发生四级以上情况时，则必须将其更换，否则将可能产生安全性后果。
3、裂纹（Crack）
金属材料经常会因为遭受超负荷或震动所产生的严重应力（包括压力、拉力和剪切力），而导致断裂，即出现裂纹。飞机发动机部件发生裂纹的主要原因除突然遭受严重超过正常负荷的应力外，机件内因存在尖角、杂物、锈蚀，以及各螺栓的紧度不够造成震动等原因组合在一起，也会产生很强的应力集中，导致裂纹发生。
另外，还有一种疲劳裂纹（Fatigue Crack），这种裂纹不是由于遭受非常强大的应力集中造成的，而是当机件内存在不大的应力但该应力反复作用时，导致在一个或几个小的区域内，材料的强度不断降低，最终出现裂纹的现象。疲劳裂纹通常从应力集中处开始延伸，当应力大小属于正常应力范围，但超过材料的剩余强度时，将导致材料断裂。
4、烧损（Burnning）
当机件的材料结构遭受无法承受的较高温度时，会因为快速的氧化作用而直接毁损金属材料。通常情况下，金属材料在烧损之前，首先会改变颜色，其表面颜色的变化依次为红色、紫色、紫黑色和纯黑色，最后达到穿孔或完全烧毁的程度。通过对烧损部位的缺陷尺寸进行测量，可供检查人员判断是否应将其更换。
四、使用内视镜进行检测的主要效益
在飞机和发动机的维护和维修过程中，尤其是在发动机部分的维修检查中，内视镜检测是相当重要的一种手段。飞机的发动机不但具有非常复杂的构造，而且必须承受极高的应力、长时间的高速运转（通常高达每分钟2000转的速度），并承受极高温（高于多数金属的溶点温度）的燃气所产生的大量能量。同时，某些飞机的发动机需要以大约每秒1000磅的压缩速率来压缩空气，因此，其压缩机叶片的叶尖会达到非常高的速度。在以上运转条件下，不论发动机的结构有多么坚固，都有可能会发生外物损坏、腐蚀、浸蚀、硫化、热退化、裂痕（纹）和变形等情况，对飞机的飞行安全造成隐患。而且，这些缺陷大多位于机内难以接近的地方，增加了检查/维修的难度。使用内视镜系统进行检查，能够有效地增加飞机/发动机系统的可靠性，适时预防（或降低）发生意外事件的可能性，促进飞机的飞行安全。
从以色列萨斯纳（Cessna）飞机公司在其TFE-731型发动机涡轮的检查中使用内视镜的情况，可以看出内视镜给飞机发动机检测带来的巨大好处。在各国飞机厂商进行涡轮发动机叶片的检查时，主要是使用显微镜来进行，因为只有这样才能达到制造厂商严格的规范要求。但是，每台TFE-731型发动机上有236个涡轮叶片，检查人员使用显微镜对这些涡轮叶片的边缘进行检测时，往往需要弯着身子持续工作好几个小时，这对工作者来说是一件极为漫长、沉闷而辛苦的工作。如果使用电子图像内视镜来执行上述工作，则检测人员可以通过监视器的屏幕，在舒适的位置上观看涡轮叶片的检查情况，极大地缓解了检查人员的疲劳程度。
电子图像内视镜除了能把被检物的图像通过其末端的电子感应器传送到监视器外，其镜片的光学设计还可提供约20倍的放大能力，从而增强检查工作中的观察效果。如果使用传统的显微镜来执行检测，检测人员通常要花上2至3小时，才能将所有涡轮叶片检查完毕，而使用电子图像内视镜检测系统之后，所需时间将缩短至一个多小时，并且可以让一组人员同时进行多项相关的检查工作，从而大幅度提高维护检查的工作效率。
除上述优点外，内视镜检测系统还可以大幅度节省飞机的维修成本。根据以色列某航空公司的统计报告指出，在其没有使用内视镜检测系统之前，完成一台发动机的检测工作，要花费1200个人工-小时，并且让待检修的发动机长时间处于停工状态。自从采用光纤内视镜和电子图像设备进行检测之后，其所需的检测工时仅要4个人工-小时，仅为原来的三百分之一，可使每台发动机的维修成本节省20万美元，大幅度降低了该公司的总营运成本。
