一款用于电机定子检测的工业内窥镜头设计

龙邹荣; 丁超; 刘晨希; 欧阳博文; 米建华; 金吉清; 朱泽翔; 王建旭; 蒋上海

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一款用于电机定子检测的工业内窥镜头设计

光学器件与系统设计 | 更新时间：2026-01-22

- 一款用于电机定子检测的工业内窥镜头设计
- Design of an industrial endoscope lens for motor stator inspection
- 光学技术 2026年52卷第1期页码：25-31
- 作者机构：
  
  1.重庆理工大学，电气与电子工程学院，重庆 400054
  2.克勒伯电机（宁波）有限公司，浙江宁波 315400
- 作者简介：
  
  龙邹荣（1991— ），男，讲师，博士，从事光电检测、人工智能图像处理方面的研究。longzourong@cqut.edu.cn
  蒋上海（1985— ），男，讲师，博士，从事XCT/XFCT/MRI成像仿真与重建的研究。jiangshanghai@cqut.edu.cn
- 基金信息：
  
  重庆市教委科学技术研究项目(KJQN202401105);重庆理工大学重大科研项目同步开展基础及应用基础研究项目(2024TBZ026);重庆理工大学校企合作技术开发项目(2024Q366)
- DOI：
  中图分类号： O439
- 收稿：2025-07-31，
  
  修回：2025-09-12，
  
  纸质出版：2026-01-20
- 稿件说明：
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龙邹荣,丁超,刘晨希等.一款用于电机定子检测的工业内窥镜头设计[J].光学技术,2026,52(01):25-31.

LONG Zourong,DING Chao,LIU Chenxi,et al.Design of an industrial endoscope lens for motor stator inspection[J].OPTICAL TECHNIQUE,2026,52(01):25-31.
龙邹荣,丁超,刘晨希等.一款用于电机定子检测的工业内窥镜头设计[J].光学技术,2026,52(01):25-31. DOI：

LONG Zourong,DING Chao,LIU Chenxi,et al.Design of an industrial endoscope lens for motor stator inspection[J].OPTICAL TECHNIQUE,2026,52(01):25-31. DOI：

摘要

随着新能源汽车的发展，越来越多人关注并购买。而新能源汽车在生产制造过程中会配有许多微型电机，这些微型电机定子的检测就可能需要用到工业内窥镜。目前市面上大多工业内窥镜视场角大于100°，虽然视场角增大有利于提高观测范围，但畸变也会越大，后续的图像处理就越复杂，对于微型电机定子而言，内部空间狭窄且为管道结构，所需观测范围不大，因此不适用于对其的检测。文章设计了一种专用于微型电机定子内部检测的工业内窥镜光学系统，其视场角为64°，搭配20mm的工作距离，所具有的观测范围恰好能覆盖内部整体空间。该设计由6块球面镜组成，制造成本低

整个光学系统总长为60mm

焦距为3.99mm，F数为3.3，畸变大于-20%，相对照度接近1，在奈奎斯特频率105lp/mm处，所有视场的调制传递函数均大于0.65。经过图像模拟，整体成像质量较好。最后由公差分析结果表明，该系统结构合理，满足生产要求，同时对新能源汽车的发展具有一定意义。

Abstract

With the development of new energy vehicles

more and more people are paying attention to and purchasing them. During the production process of new energy vehicles

many micro motors are used

and the inspection of the stators of these micro motors may require the use of industrial endoscopes. Currently

most industrial endoscopes on the market have a field of view greater than 100°

which

while increasing the observation range

also increases distortion

making subsequent image processing more complex. For micro motor stators

the internal space is narrow and has a conduit structure

so a large observation range is not required

hence it is not suitable for such inspections. This article designs an optical system for an industrial endoscope specifically for the internal inspection of micro motor stators

with a field of view of 64° and a working distance of 20mm

providing an observation range that perfectly covers the entire internal space. The design consists of 6 spherical mirrors

resulting in low manufacturing costs. The total length of the optical system is 60mm

with a focal length of 3.99mm and an F-number of 3.3. The distortion is greater than -20%

and the relative illumination is close to 1. At the Nyquist frequency of 105lp/mm

the modulation transfer function for all fields of view is greater than 0.65. Image simulation shows that the overall image quality is quite good. Finally

tolerance analysis indicates that the system structure is reasonable and meets production requirements

which is also significant for the development of new energy vehicles.

关键词

Keywords

references

Xu T X , Chen Z P , Jiang Z H , et al . A real-time 3D measurement system for the blast furnace burden surface using high-temperature industrial endoscope [J ] . Sensors , 2020 , 20 （ 3 ）: 869 .

黄锦煖 , 贺艳芳 , 林峰 . 基于Zemax的双视场胶囊内窥镜设计［J］. 激光与光电子学进展 2025 , 57 （ 18 ）: 376 — 381 .

Huang Jinxuan , He Yanfang , Lin Feng . Dual-field capsule endoscope design based on zemax software [J ] . Laser & Optoelectronics Progress 2020 , 57 （ 18 ）: 376 — 381 .

Yang L , Chen M , Zhu Q , et al . Development of a small-diameter and high-resolution industrial endoscope with CMOS image sensor [J ] . Sensors and Actuators:A Physical , 2019 , 296 ： 17 — 23 .

史天翼 , 杨磊 , 刘泽武 , 等 . 小口径大视场工业内窥镜光学系统设计 [J ] . 应用光学 , 2023 , 44 （ 1 ）: 17 — 23 .

Shi Tianyi , Yang Lei , Liu Zewu , et al . Optical system design of small-caliber and large-field industrial endoscope [J ] . Journal of Applied Optics , 2023 , 44 （ 1 ）: 17 — 23 .

宋菲君 , 陈笑 , 刘畅 . 近代光学设计系统概论［M］. 北京：科学出版社 , 2019 .

Song Feijun , Chen Xiao , Liu Chang . Introduction to modern optical design system [M ] . Beijing ： Science Press , 2019 .

黄晓园 , 张玉良 , 麻永青 , 等 . 基于 ZEMAX 的大视场胶囊内窥镜头设计 [J ] . 光学与光电技术 , 2023 , 21 （ 02 ）: 107 — 113 .

Huang Xiaoyuan , Zhang Yuliang , Ma Yongqing , et al . Design of a Wide-field capsule endoscope lens based on ZEMAX [J ] . Optics and Photonics Technology , 2023 , 21 （ 02 ）: 107 — 113 .

Han P , Tseng Y C , Tsai C M . Wide field of view lens de-sign with uniform image illumination in capsule endoscope system [J ] . Microsystem Technologies , 2021 , 27 : 1115 — 1122 .

Kim D , Chang S , Kwon H S . Wide Field-of-View, High-Resolution endoscopic lens design with low F-number for disposable endoscopy [J ] . Photonics. MDPI , 2021 , 8 （ 4 ）: 89 .

Greisukh G I , Levin I A , Kazin S V . Designing an ultra-wide-angle microlens for a capsule medical endoscope [J ] . Computer Optics , 2022 , 46 （ 2 ）: 219 — 223 .

上官佳伟 , 李永亮 , 冯海龙 , 等 . 大视场医用电子内窥镜光学成像系统研究综述 [J ] . 激光杂志 , 2024 , 45 （ 08 ）: 1 — 5 .

ShanGguan Jiawei , Li Yongliang , Feng Hailong , et al . A Review of large Field-of-View optical imaging systems for medical electronic endoscopes [J ] . Laser Journal , 2024 , 45 （ 08 ）: 1 — 5 .

袁晓涵 , 向阳 , 向铮 , 等 . 高分辨率多光谱工业炉膛内窥镜设计 [J ] . 应用光学 , 2025 , 46 （ 04 ）: 912 — 921 .

Yuan Xiaohan , Xiang Yang , Xiang Zheng , et al . Design of High-resolution multispectral industrial furnace endoscope [J ] . Applied Optics , 2025 , 46 （ 04 ）: 912 — 921 .

姜伯文 , 向阳 , 于遨洋 , 等 . 长工作距小口径双目测量内窥镜光学系统设计 [J ] . 激光与光电子学进展 , 2025 , 62 （ 09 ）: 350 — 358 .

Jiang Bowen , Xiang Yang , Yu Aoyang , et al . Design of long working distance Small-aperture binocular measurement endoscope optical system [J ] . Progress in Laser and Optoelectronics , 2025 , 62 （ 09 ）: 350 — 358 .

刘钧，高明 . 光学设计 [M ] . 西安：西安电子科技大学出版社 , 2006 .

Liu Jun ， Gao Ming . Optical designM］ . Xi’an ： Xidian University Press , 2006 .

何旭舟 , 林峰 , 谢忠鑫 , 等 . 一种2k分辨率内窥镜光学系统设计 [J ] . 应用光学 , 2024 , 45 （ 2 ）: 276 — 281 .

He Xuzhou , Lin Feng , Xie Zongxin , et al . Design of endoscopic optical system with 2k resolution [J ] . Journal of Applied Optics , 2024 , 45 （ 2 ）: 276 — 281 .

王金沙 , 巩岩 , 高志山 , 等 . 双波段长后工作距连续变焦光学系统设计 [J ] . 激光与光电子学进展 , 2023 , 60 （ 21 ）: 309 — 318 .

Wang Jinsha , Gong Yan , Gao Zhishan , et al . Design of dual-band optical system with long backworking distance and continuous zoom [J ] . Laser & Optoelectronics Progress , 2023 , 60 （ 21 ）: 309 — 318 .

付艳丽 . 高清内窥镜光学系统设计 [D ] . 长春 : 长春理工大学 , 2018 .

Fu Yanli . Design of high definition endoscope optical system [D ] . Changchun : Changchun University of Science and Technology , 2018 .

杨凯明 , 向阳 , 王鑫 , 等 . 大靶面、长工作距高清工业内窥镜设计 [J ] . 光学学报 , 2022 , 42 （ 22 ）: 150 — 157 .

Yang Kaiming , Xiang Yang , Wang Xin , et al . Design of large field of view, long working distance high-definition industrial endoscope [J ] . Acta Optica Sinica , 2022 , 42 （ 22 ）: 150 — 157 .

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