现代工业中,复杂环境下的小尺寸零件的缺陷检测日益受到人们的关注,内窥镜检测作为无损检测的一个分支,可以在复杂环境下对人眼不能直接观察到的地方进行检测,在工程建筑、汽车检修、机械检修等方面均得到广泛使用。本文设计并实现了一款用于小孔径管道零件内壁检测的工业内窥镜系统,具体工作内容如下:1、分析国内外内窥镜的发展现状,确定小型工业内窥镜的设计以硬管式内窥镜为基础,使用CMOS图像传感器代替传统目镜,让检测变得更加清晰高效。零件内壁检测采用旋转零件的方式,实现零件内壁的360°检测。2、对小型工业内窥镜光学系统中的物镜组、转镜组、后物镜组进行了设计,并将三部分进行组合。物镜组采用像方远心设计,将转向棱镜与后续镜片胶合,减小装配误差;根据被测零件尺寸,选用合适长度的转镜组,增加系统的工作距离;为了使系统成像尺寸COMS光敏面配合,设计后物镜组,后物镜组的最后一片为保护玻璃,防止灰尘等影响零件检测效果。整体系统工作于可见光波段,设计物距2 mm,镜片口径3 mm,具有±30°的视场角和90°的视向角,工作长度50 mm。3、根据光学系统对内窥镜的机械结构进行设计,并在三维软件中对机械进行模拟装配,确定各个零件之间配合良好。加工并装配了内窥镜系统,并对成像分辨率、实际应用等进行了实验验证,在物距2 mm处,内窥镜分辨率可达到50lp/mm以上,整体设计满足使用需要。4、针对内窥镜景深小的缺点,使用相位板技术实现景深延拓。分析了系统成像景深小的原因,并对相位板波前编码和解码原理进行了介绍。设计了适用于本系统景深延拓的非旋转对称结构相位板,能够很大程度上提高系统的原始景深,可应用于内窥镜景深的延拓。