專(zhuān)利名稱(chēng)：使用參考的體積分析傳感器的物體檢查的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用體積分析傳感器檢查物體的定量非破壞性評(píng)估和試驗(yàn)的領(lǐng)域?！?br> 背景技術(shù)：
非破壞性試驗(yàn)(NDT)和定量非破壞性評(píng)估(NDE)在過(guò)去20年間取得了巨大的發(fā)展，尤其是在新的感應(yīng)系統(tǒng)和專(zhuān)門(mén)為物體檢查而研發(fā)的程序中。防御與核能工業(yè)在NDT和NDE的出現(xiàn)中扮演了主要角色。在汽車(chē)制造業(yè)中看到的產(chǎn)品發(fā)展的不斷增加的全球競(jìng)爭(zhēng)也扮演了重要角色。同時(shí)，老化的基礎(chǔ)設(shè)施，例如道路、橋梁、鐵路或電廠，提出了新一輪的測(cè)量和監(jiān)測(cè)挑戰(zhàn)。測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)改善并且研發(fā)了新的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行表面下的測(cè)量或更普遍的體積測(cè)量。這些系統(tǒng)具有各種傳感器形式，例如X射線(xiàn)、紅外熱成象法、渦電流和超聲，這些是特性或裂縫的內(nèi)體積測(cè)量形式的實(shí)例。此外，在過(guò)去數(shù)十年間，還研發(fā)了三維的非接觸范圍掃描器。那種類(lèi)型的范圍掃描器使檢查物體外表面以評(píng)估其與參考模型的符合度或描繪一些裂縫成為可能。在更近的發(fā)展中，研發(fā)能夠在物體截面上同時(shí)收集一組幾個(gè)測(cè)量的緊湊傳感器是非常重要的。為了在共同的坐標(biāo)系中自動(dòng)地配準(zhǔn)測(cè)量的全部組，這些傳感器安裝在自動(dòng)的機(jī)械臂或自動(dòng)化系統(tǒng)上，以提供系統(tǒng)的位置和方向。即使在解決了準(zhǔn)確性問(wèn)題之后，仍然必須在固定的產(chǎn)業(yè)或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境內(nèi)對(duì)物體進(jìn)行檢查。此行業(yè)中一項(xiàng)當(dāng)前挑戰(zhàn)是使參考的檢查系統(tǒng)便于攜帶，從而進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的物體檢查。已研發(fā)便攜式超聲系統(tǒng)用于各行業(yè)，例如，油氣、航空和發(fā)電，以及其他行業(yè)。例如，在油氣行業(yè)，系統(tǒng)地運(yùn)用對(duì)管道、焊接點(diǎn)、管線(xiàn)、地上儲(chǔ)罐和許多其他物體的檢查。這些物體通常交給NDE來(lái)檢測(cè)各種特征，例如它們的表面材料的厚度。通常，超聲換能器(探測(cè)器)連接到診斷機(jī)器并且在被檢查的物體上方穿過(guò)。例如，檢查被腐蝕的管道將需要在物體上方的多個(gè)傳感器位置收集幾個(gè)厚度測(cè)量。這些便攜式超聲系統(tǒng)需要解決的第一個(gè)難題是在共同的坐標(biāo)系中將在不同的傳感器位置收集的測(cè)量進(jìn)行整合。具有安裝在超聲傳感器上的集成編碼器的輪允許人們?cè)诙叹嚯x上測(cè)量相對(duì)位移。使用這樣的設(shè)備，可以沿著管道表面收集并且局部化厚度測(cè)量。這種類(lèi)型的系統(tǒng)只測(cè)量沿著一條軸的相對(duì)位移并且迫使物體與輪之間進(jìn)行不間斷的接觸。此夕卜，任何滑動(dòng)都將影響所估計(jì)的位移?？墒褂脵C(jī)械定位器來(lái)沿著兩條軸獲取探測(cè)位置，以執(zhí)行光柵掃描并且因此獲得物體表面測(cè)量的2D參數(shù)表示。將掃描器固定到所檢查的物體在人體工程、多功能性以及可用性方面出現(xiàn)了挑戰(zhàn)。這些限制可通過(guò)使用具有編碼器的機(jī)械臂來(lái)克服；這種裝置在安裝在其末端處的裝置與相對(duì)于其基底的其自身的整體參考集之間測(cè)量6自由度(6D0F)。事先，必須校準(zhǔn)超聲傳感器的坐標(biāo)系與所述臂末端的坐標(biāo)系之間的空間關(guān)系。這種類(lèi)型的定位裝置使得在工作體積上方任意地移動(dòng)超聲探測(cè)器成為可能。此夕卜，這種類(lèi)型的定位裝置是可運(yùn)輸?shù)?。盡管這些便攜式超聲系統(tǒng)的分辨率和準(zhǔn)確度對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用是可接受的，但是一個(gè)限制是球形工作體積的大小，直徑通常小于2到4m，所述限制是由機(jī)械臂的長(zhǎng)度施加的?？梢赃\(yùn)用跳步法(leapfrogging)來(lái)擴(kuò)展體積。在所述臂的末端使用機(jī)械接觸探測(cè)器，必須探測(cè)角落或球等物理特征以界定臨時(shí)局部物體坐標(biāo)系，所述臨時(shí)局部物體坐標(biāo)系將可以從機(jī)械臂的下一個(gè)位置測(cè)量(觀察)。在用接觸探測(cè)器完成這些測(cè)量之后，隨后將機(jī)械臂移位到新位置，所述新位置使機(jī)械臂能夠到達(dá)物體的新截面，并且隨后將該臂安裝在新位置。在下一步驟中，從新位置，將再一次探測(cè)相同的物理特征并且計(jì)算這些特征之間的空間關(guān)系，從而限定局部坐標(biāo)系以及臂基底的新位置。最后，通過(guò)將限定這個(gè)新空間關(guān)系的變換和先前經(jīng)探測(cè)的特征與臂基底的先前位置之間的先前變換進(jìn)行鏈接，可以將所有測(cè)量的數(shù)據(jù)從一個(gè)坐標(biāo)系變換到另一個(gè)坐標(biāo)系。由于此操作必須使用能減少總準(zhǔn)確度的額外人工程 序，所以跳步法應(yīng)盡可能少用。此外，使用機(jī)械臂是相對(duì)麻煩的。對(duì)于較大的工作體積，可以在工業(yè)設(shè)置中使用位置跟蹤器，或經(jīng)改進(jìn)的跟蹤器可以使用6D0F提供傳感器的位置和方位兩者。這種類(lèi)型的系統(tǒng)裝置是昂貴的并且在跟蹤時(shí)對(duì)于光線(xiàn)遮蔽是敏感的。此外，待測(cè)量物體固定并且?guī)缀醪荒芙咏彩浅Ｒ?jiàn)的。安裝在雜亂環(huán)境中地面上方高位置處的管道很難接近?？紤]到所追求的準(zhǔn)確度水平，定位裝置的定位方面的限制可能迫使將裝置安裝在不穩(wěn)定的高架結(jié)構(gòu)上。因此，需要在可達(dá)到數(shù)米的擴(kuò)展的工作體積中測(cè)量6D0F，并且考慮到定位裝置的起點(diǎn)、待測(cè)量物體與體積分析傳感器之間的相對(duì)移動(dòng)。不能一直認(rèn)為定位裝置與物體之間的相對(duì)位置是不變的。因此，除了定位體積分析傳感器，必須解決的第二個(gè)挑戰(zhàn)是獲得體積分析傳感器測(cè)量相對(duì)于外部物體的表面的參考。盡管在共同的坐標(biāo)系中變換所有測(cè)量是有利的，但是例如管道腐蝕分析等一些應(yīng)用將迫使測(cè)量外表面的幾何形狀以作為參考。當(dāng)前，考慮超聲傳感器的實(shí)例，可以在傳感器的給定位置和方位測(cè)量材料厚度。然而，不能確定表面腐蝕是否對(duì)內(nèi)表面的影響大于外表面，并且更確切地說(shuō)成多少比例。對(duì)于例如紅外熱成象法等其他體積分析傳感器形式，會(huì)出現(xiàn)使用準(zhǔn)確的連續(xù)參考的相同的難題。這后一種形式還可能提供材料的體積分析信息，但是以較低的分辨率。X射線(xiàn)是體積分析的另一種形式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是解決現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)寬泛的方面，提供用于物體的非破壞性檢查的一種定位方法和一種系統(tǒng)。該方法包括提供至少一個(gè)具有傳感器參考目標(biāo)的體積分析傳感器；提供至少一些傳感器參考目標(biāo)的圖的傳感器模型；在物體和物體環(huán)境的至少一者上提供物體參考目標(biāo)；提供至少一些物體參考目標(biāo)的圖的物體模型；提供攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括至少一個(gè)照相機(jī)并且在視場(chǎng)中捕獲至少一個(gè)圖像，在所述圖像上傳感器參考目標(biāo)和物體參考目標(biāo)的至少一部分是清晰的；確定傳感器空間關(guān)系；確定物體空間關(guān)系；使用物體空間關(guān)系和傳感器空間關(guān)系來(lái)確定至少一個(gè)體積分析傳感器相對(duì)于物體的傳感器-物體空間關(guān)系；重復(fù)這些步驟并且使用傳感器-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤體積分析傳感器和物體中至少一者的位移。根據(jù)本發(fā)明的另一寬泛的方面，提供一種用于物體的非破壞性檢查的定位方法，所述方法包括提供用于進(jìn)行檢查的至少一個(gè)體積分析傳感器；在至少一個(gè)體積分析傳感器上提供傳感器參考目標(biāo)；提供攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括至少一個(gè)照相機(jī)以在視場(chǎng)中捕獲圖像；提供體積分析傳感器的至少一些傳感器參考目標(biāo)的3D位置圖的傳感器模型；使用傳感器模型和圖像在攝影測(cè)量系統(tǒng)與傳感器參考目標(biāo)之間確定在整體坐標(biāo)系中的傳感器空間關(guān)系；使用攝影測(cè)量系統(tǒng)、圖像和模式的傳感器模型來(lái)跟蹤體積分析傳感器在整體坐標(biāo)系中的位移。根據(jù)本發(fā)明的另一寬泛的方面，提供一種用于物體的非破壞性檢查的定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于進(jìn)行檢查的至少一個(gè)體積分析傳感器；在至少一個(gè)體積分析傳感器上提供的傳感器參考目標(biāo)；攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括至少一個(gè)照相機(jī)以在視場(chǎng)中捕獲圖像；位置 跟蹤器，用于獲得體積分析傳感器的至少一些傳感器參考目標(biāo)的3D位置圖的傳感器模型；在整體坐標(biāo)系中使用傳感器模型在攝影測(cè)量系統(tǒng)與傳感器參考目標(biāo)之間確定傳感器空間關(guān)系；在整體坐標(biāo)系中使用攝影測(cè)量系統(tǒng)和模式的傳感器模型來(lái)跟蹤體積分析傳感器的位移。根據(jù)本發(fā)明的另一寬泛的方面，提供一種用于物體的非破壞性檢查的定位方法。該方法包括提供至少一個(gè)用于進(jìn)行檢查的體積分析傳感器，該體積分析傳感器具有傳感器參考目標(biāo)；提供體積分析傳感器的至少一些傳感器參考目標(biāo)的3D位置圖的傳感器模型；在物體和物體環(huán)境的至少一者上提供物體參考目標(biāo)；提供至少一些物體參考目標(biāo)的3D位置圖的物體模型；提供攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括至少一個(gè)照相機(jī)以在視場(chǎng)中捕獲至少一個(gè)圖像；使用攝影測(cè)量系統(tǒng)在視場(chǎng)中捕獲圖像，在所述圖像上傳感器參考目標(biāo)和物體參考目標(biāo)的至少一部分是清晰的；使用傳感器模型和所捕獲的圖像在攝影測(cè)量系統(tǒng)與傳感器參考目標(biāo)之間確定傳感器空間關(guān)系；使用物體模型和所捕獲的圖像在攝影測(cè)量系統(tǒng)與物體參考目標(biāo)之間確定物體空間關(guān)系；使用物體空間關(guān)系和傳感器空間關(guān)系來(lái)確定至少一個(gè)體積分析傳感器相對(duì)于物體的傳感器-物體空間關(guān)系；重復(fù)捕獲、確定傳感器-物體空間關(guān)系，以及確定傳感器空間關(guān)系和確定物體空間關(guān)系中的至少一個(gè)操作；使用傳感器-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤體積分析傳感器和物體中的至少一者的位移。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括使用至少一個(gè)體積分析傳感器來(lái)提供關(guān)于物體的檢查測(cè)量；以及使用傳感器空間關(guān)系、物體空間關(guān)系和傳感器-物體空間關(guān)系中的至少一者來(lái)參考這些檢查測(cè)量并且在共同的坐標(biāo)系中產(chǎn)生參考的檢查數(shù)據(jù)。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，提供物體模型和提供傳感器模型中的至少一個(gè)操作包括在使用攝影測(cè)量系統(tǒng)來(lái)捕獲圖像期間，建立物體和傳感器模型中的至少一者。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括提供額外的傳感器工具；使用額外的傳感器工具來(lái)獲得傳感器信息；相對(duì)于物體來(lái)參考額外的傳感器工具。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，相對(duì)于物體來(lái)參考額外的傳感器工具包括對(duì)額外的傳感器工具使用獨(dú)立的定位系統(tǒng)并且使用物體參考目標(biāo)。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，其中額外的傳感器工具具有工具參考目標(biāo)；并且該方法進(jìn)一步包括提供額外的傳感器工具的至少一些工具參考目標(biāo)的3D位置圖的工具模型；使用工具模型在攝影測(cè)量系統(tǒng)與工具參考目標(biāo)之間確定工具空間關(guān)系；使用工具空間關(guān)系以及傳感器-物體空間關(guān)系和物體空間關(guān)系中的至少一者來(lái)確定額外的傳感器工具相對(duì)于物體的工具_(dá)物體空間關(guān)系；重復(fù)捕獲、確定工具空間關(guān)系和確定工具-物體空間關(guān)系；使用工具-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤額外的傳感器工具的位移。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括使用由體積分析傳感器所獲得的檢查測(cè)量來(lái)建立物體內(nèi)表面的模型。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該檢查測(cè)量是厚度數(shù)據(jù)。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括提供物體外表面的CAD模型；使用CAD模型和傳感器-物體空間關(guān)系在共同的坐標(biāo)系中對(duì)齊由體積分析傳感器所獲得的檢查測(cè)量。
在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括提供物體外表面的CAD模型；使用額外的傳感器工具來(lái)獲取關(guān)于物體外表面特征的信息；使用CAD模型、關(guān)于特征的信息以及傳感器-物體空間關(guān)系在共同的坐標(biāo)系中對(duì)齊由體積分析傳感器所獲得的檢查測(cè)量。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，所述方法進(jìn)一步包括將CAD模型與參考的檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)t匕，以在物體外表面中識(shí)別異常。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括請(qǐng)求操作者確認(rèn)以授權(quán)給由攝影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)參考目標(biāo)的識(shí)別。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括為使用參考的檢查測(cè)量對(duì)物體進(jìn)行的檢查提供檢查報(bào)告。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該位移由未受控制的移動(dòng)引起。 在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該位移由環(huán)境振動(dòng)引起。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，攝影測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)移位以在另一視場(chǎng)內(nèi)觀察物體，捕獲圖像、確定傳感器空間關(guān)系、確定物體空間關(guān)系、確定傳感器-物體空間關(guān)系的步驟被重復(fù)進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一寬泛的方面，提供一種用于物體的非破壞性檢查的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于進(jìn)行檢查的體積分析傳感器，該體積分析傳感器具有傳感器參考目標(biāo)并且被適配為移位；在物體和物體環(huán)境中的至少一者上提供的物體參考目標(biāo)；攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括至少一個(gè)照相機(jī)以在視場(chǎng)中捕獲至少一個(gè)圖像，在該圖像上傳感器參考目標(biāo)和物體參考目標(biāo)的至少一部分是清晰的；位置跟蹤器，用于獲得體積分析傳感器的至少一些傳感器參考目標(biāo)的3D位置圖的傳感器模型；獲得至少一些物體參考目標(biāo)的3D位置圖的物體模型；使用物體模型模式和所捕獲的圖像在攝影測(cè)量系統(tǒng)與物體參考目標(biāo)之間確定物體空間關(guān)系；使用傳感器模型和所捕獲的圖像在攝影測(cè)量系統(tǒng)與傳感器參考目標(biāo)之間確定傳感器空間關(guān)系；使用物體空間關(guān)系和傳感器空間關(guān)系來(lái)確定至少一個(gè)體積分析傳感器相對(duì)于物體的傳感器-物體空間關(guān)系；使用傳感器-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤體積分析傳感器的位移。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，體積分析傳感器提供關(guān)于物體的檢查測(cè)量并且其中該位置跟蹤器進(jìn)一步用于使用傳感器空間關(guān)系、物體空間關(guān)系以及傳感器-物體空間關(guān)系中的至少一者來(lái)參考檢查測(cè)量并且產(chǎn)生參考的檢查數(shù)據(jù)。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括模型建立器，用于使用攝影測(cè)量系統(tǒng)來(lái)建立傳感器模型和物體模型中的至少一者。
在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括額外的傳感器工具，用于獲得傳感器信息。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，額外的傳感器工具被適配為被移位并且額外的傳感器工具具有工具參考目標(biāo)，并且其中位置跟蹤器進(jìn)一步用于使用攝影測(cè)量系統(tǒng)和額外的傳感器工具上的工具參考目標(biāo)模式的工具模型來(lái)跟蹤額外的傳感器工具的位移。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，額外的傳感器工具是3D范圍掃描器和接觸探測(cè)器中的至少一者O在一項(xiàng)實(shí)施方案中，參考目標(biāo)是編碼的參考目標(biāo)和回射性目標(biāo)中的至少一者。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括操作者界面，用于請(qǐng)求操作者確認(rèn)以授權(quán)給由攝影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括CAD界面，所述CAD界面接收物體外表面的CAD模型并且將CAD模型與參考的檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比以對(duì)齊模型。 在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括報(bào)告發(fā)生器，用于為使用參考的檢查測(cè)量對(duì)物體進(jìn)行的檢查提供檢查報(bào)告。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該攝影測(cè)量系統(tǒng)具有兩個(gè)照相機(jī)，其中這兩個(gè)照相機(jī)中的每一個(gè)有光源，每個(gè)光源在與照相機(jī)的視線(xiàn)共軸的方向上在視場(chǎng)中提供光。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，該體積分析傳感器是厚度傳感器、超聲探測(cè)器、紅外線(xiàn)傳感器以及X射線(xiàn)傳感器中的至少一者。在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“體積分析傳感器”旨在表示非破壞性試驗(yàn)傳感器或非破壞性評(píng)估傳感器，用于對(duì)體積的非破壞性檢查，包括各種形式，例如X射線(xiàn)、紅外熱成象法、超聲、潤(rùn)電流等。在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“傳感器工具”或“額外的傳感器工具”旨在包括不同類(lèi)型的工具，放射性的或非放射性的，例如，體積分析傳感器、接觸探測(cè)器、3D范圍掃描器等。


已如此總體上描述了本發(fā)明的性質(zhì)，現(xiàn)在將參考附圖，附圖以圖示的方式展示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，并且在附圖中圖I所示為測(cè)量物體外表面與內(nèi)表面之間厚度的超聲探測(cè)器的現(xiàn)有技術(shù)代表圖；圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的包括用于三維檢查的設(shè)備的工作環(huán)境的配置設(shè)置；圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的物體上的三維參考特征；圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的待測(cè)量的物體；圖5呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的診斷檢查的窗口顯示的實(shí)例；圖6是用于根據(jù)本發(fā)明的用于檢查物體的方法的步驟流程圖；以及圖7是用于根據(jù)本發(fā)明的用于自動(dòng)跳步法的方法的步驟流程圖。注意在所有圖中，相同的特征由相同的參考數(shù)字標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式超聲的檢查是非常有用和多用途的NDT或NDE方法。超聲檢查的一些優(yōu)勢(shì)包括它對(duì)于表面和表面下的不連續(xù)性?xún)烧叩拿舾卸?，它穿透到材料中的較大深度以及在使用脈沖回波技術(shù)時(shí)只需要單側(cè)的接近。參考圖1，在200處總體上展示了測(cè)量物體厚度的現(xiàn)有技術(shù)超聲探測(cè)器。此超聲探測(cè)器是體積分析傳感器的一項(xiàng)實(shí)例。它產(chǎn)生檢查測(cè)量。描繪了待檢查物體的縱向橫截面。這樣的物體可以是金屬管道，檢查該金屬管道來(lái)尋找金屬管道由于腐蝕(外部或內(nèi)部)或內(nèi)部流而導(dǎo)致的厚度異常。在圖中，傳感器頭用202表示并且診斷機(jī)器用216表示。盡管管道橫截面用206展示，但是管道的外表面用212表示，管道的內(nèi)表面用214展示。傳感器換能器與物體之間的耦合劑204通常是水或凝膠或提高傳感器202與待測(cè)量物體之間信號(hào)傳輸?shù)娜魏挝镔|(zhì)。在超聲探測(cè)器的情況下，一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)從探測(cè)器發(fā)射并且在被反射回到傳感器探測(cè)器之前傳輸通過(guò)耦合劑和物體的材料。在此反射(或脈沖回波)模式中，當(dāng)“聲”反射回到裝置時(shí)，換能器執(zhí)行發(fā)送和接收脈沖波。經(jīng)反射的超聲來(lái)自一個(gè)界面，例如物體的后壁，或來(lái)自物體內(nèi)的缺陷。經(jīng)檢測(cè)的反射組成檢查測(cè)量。經(jīng)測(cè)量的距離可在計(jì)算發(fā)射與接收之間的延遲之后獲得。當(dāng)測(cè)量材料截面的厚度時(shí)，通常將有兩個(gè)主要的延遲的反射。值得注意的是，材料內(nèi)的裂縫也可產(chǎn)生反射。最后，在計(jì)算分別用208和210展示的兩個(gè)經(jīng)計(jì)算的距離dl和d2 之間的差異之后獲得材料的厚度。給定傳感器在整體參考坐標(biāo)系中的位置，可以在這個(gè)整體坐標(biāo)系中累加物體的材料的厚度ε。
ε(χ\\\Σ,θ,(ρ, )) = d2-dl超聲探測(cè)器可以含有數(shù)個(gè)測(cè)量元件，在數(shù)十個(gè)元件的相位陣列中。將厚度測(cè)量整合在共同的整體坐標(biāo)系中必須計(jì)算體積分析傳感器的坐標(biāo)系與在定位裝置的坐標(biāo)系中所測(cè)量的位置和方位之間剛性的空間關(guān)系，該定位裝置的坐標(biāo)系即是裝置的外部坐標(biāo)系。在所述情況下，可以使用已知幾何形狀的參考物體來(lái)對(duì)此進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。具有三個(gè)正交面的立方體可用于此目的。隨后，在三個(gè)正交面中的每個(gè)上收集測(cè)量，同時(shí)使用定位裝置來(lái)記錄傳感器的位置。4x4變換矩陣τ2的6個(gè)參數(shù)(x、y、z、θ、φ、ω )以及三個(gè)正交平面中的每個(gè)的參數(shù)Ai= (an、ai2、ai3、ai4)，可以在以下目標(biāo)函數(shù)的最小平方求最小值之后獲得
min Σ (M T2Xij )2 w,r,t, \aa,aj2, al31| = I
A；, r*>
I j』在此等式中，是在第i個(gè)平的截面上收集的第j個(gè)測(cè)量；此測(cè)量是4D的齊次坐標(biāo)點(diǎn)。矩陣^和τ2都描述齊次坐標(biāo)中剛性的變換。矩陣T1對(duì)應(yīng)于由定位裝置提供的剛性變換。這兩個(gè)矩陣為以下形式
)u rn rn tx
r2l rH rH 0，
,31 ,32 ,33 tZ 0 0 0 1
其中左上3x3子矩陣是歸一化正交的(旋轉(zhuǎn)矩陣)并且上面3x1矢量是平移矢量。如果預(yù)期在體積分析傳感器移動(dòng)的情況下收集測(cè)量，那么必須用體積分析傳感器進(jìn)一步校準(zhǔn)定位裝置。這通過(guò)使用觸發(fā)輸入信號(hào)而實(shí)現(xiàn)，該觸發(fā)輸入信號(hào)通常來(lái)自定位裝置，但該信號(hào)可以是外部的或甚至來(lái)自體積分析傳感器。這種方法是有效的，只要整體坐標(biāo)系相對(duì)于物體保持剛性即可。在許多情況下，這可能很難保證。一種情況與未受控制的物體移動(dòng)有關(guān)，或者相反，這發(fā)生在測(cè)量傳感器在整體坐標(biāo)系中位置的設(shè)備本身在移動(dòng)，例如振動(dòng)時(shí)。所需的準(zhǔn)確度通常高于1_。
圖2圖示了所提出用來(lái)的解決此問(wèn)題的定位系統(tǒng)，用100展示。在定位方法中，參考目標(biāo)102粘貼到物體104,和/或如103處所示的周?chē)h(huán)境上。這些是物體參考目標(biāo)。這些目標(biāo)的3D位置模型是使用所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的攝影測(cè)量方法預(yù)先或聯(lián)機(jī)建立。這稱(chēng)為至少一些物體參考目標(biāo)的3D位置圖的物體模型。圖2中描繪的攝影測(cè)量系統(tǒng)118由兩個(gè)照相機(jī)114組成，其中每個(gè)照相機(jī)包括環(huán)型光116用于照亮目標(biāo)。這些目標(biāo)可以是回射性的，以在由攝影測(cè)量系統(tǒng)在其視場(chǎng)內(nèi)捕獲的圖像中提供強(qiáng)烈的信號(hào)。也可以使用只具有一個(gè)照相機(jī)的攝影測(cè)量系統(tǒng)。另外，攝影測(cè)量系統(tǒng)不需要使用環(huán)型光。實(shí)際上，在目標(biāo)可回 射的情況下環(huán)型光是有用的。如果目標(biāo)是LED或如果目標(biāo)由對(duì)比材料制成，那么攝影測(cè)量系統(tǒng)可能在圖像中定位目標(biāo)，而不在照相機(jī)進(jìn)行圖像捕獲的時(shí)候使用環(huán)型光。在使用環(huán)型光的情況下，結(jié)合回射性目標(biāo)，將容易理解環(huán)型光不需要完全是圓形的和圍繞照相機(jī)。環(huán)型光可以是LED的安排方案，與照相機(jī)的視線(xiàn)基本上共軸地引導(dǎo)光。圖2還展示了本方法中涉及的三個(gè)坐標(biāo)系。第一坐標(biāo)系是& 112，基于攝影測(cè)量法而在定位系統(tǒng)的起點(diǎn)處描繪。第二坐標(biāo)系R。106，表示物體的坐標(biāo)系。最后Rt 108與體積分析傳感器110，例如超聲傳感器關(guān)聯(lián)。所有這些坐標(biāo)系之間的6D0F空間關(guān)系-圖2中圖示的Tp。和Tpt可以連續(xù)被監(jiān)測(cè)。同樣值得注意的是，此配置可以保持系統(tǒng)與物體之間的空間關(guān)系的連續(xù)表示。物體空間關(guān)系是物體與攝影測(cè)量系統(tǒng)之間的空間關(guān)系。在圖2所代表的情況下，當(dāng)表示為4x4矩陣時(shí)，此空間關(guān)系在將兩個(gè)空間關(guān)系I；?！?和Tpt相乘之后獲得
rrt—
i — po pt當(dāng)考慮物體、系統(tǒng)與另一結(jié)構(gòu)(固定或不固定)之間的獨(dú)立移動(dòng)有效時(shí)，清楚的是可以保持額外的坐標(biāo)系。在圖中，例如，額外的坐標(biāo)系可以附到參考目標(biāo)上，這些參考目標(biāo)粘貼在圍繞物體的環(huán)境上。圍繞待檢查物體的環(huán)境可以是另一物體、壁等。如果參考目標(biāo)粘貼到物體的周?chē)h(huán)境，那么系統(tǒng)還可以跟蹤環(huán)境?？梢源_定傳感器-物體空間關(guān)系以跟蹤體積分析傳感器與物體之間的關(guān)系。物體空間關(guān)系和傳感器空間關(guān)系用于確定傳感器-物體空間關(guān)系。還是在圖2中，一組參考目標(biāo)粘貼到體積分析傳感器110。這些是傳感器參考目標(biāo)。提供至少一些傳感器參考目標(biāo)的3D位置圖的傳感器模型。此模式作為一組3D位置T而預(yù)先被建模，所述一組3D位置T任選地隨著相對(duì)于每個(gè)參考目標(biāo)的法向矢量而擴(kuò)大。此預(yù)先得知的模型配置可以使用至少一個(gè)照相機(jī)由定位系統(tǒng)118識(shí)別。因此，定位系統(tǒng)118可以獨(dú)立并且同時(shí)識(shí)別和跟蹤體積分析傳感器和物體?？梢垣@得攝影測(cè)量系統(tǒng)與傳感器參考目標(biāo)之間的傳感器空間關(guān)系。也有可能在物體上或在傳感器工具上使用經(jīng)編碼的目標(biāo)。這樣，它們的識(shí)別和區(qū)分可以簡(jiǎn)化。當(dāng)系統(tǒng)118由一個(gè)以上照相機(jī)組成時(shí)，它們是同步的。設(shè)置電子快門(mén)以在短曝光時(shí)間內(nèi)捕獲圖像，所述短曝光時(shí)間通常小于2毫秒。因此，系統(tǒng)的所有部件，由它們的坐標(biāo)系在3D空間表示，相對(duì)地定位在每個(gè)幀中。因此，不需要使它們保持固定。所提出的系統(tǒng)的另一優(yōu)勢(shì)是在不需要現(xiàn)有技術(shù)人工程序的情況下運(yùn)用跳步法的可能性。具有照相機(jī)的系統(tǒng)可以被移動(dòng)以從不同的視點(diǎn)觀察場(chǎng)景。該系統(tǒng)隨后自動(dòng)重新計(jì)算它相對(duì)于物體的位置，只要從先前視點(diǎn)可見(jiàn)的目標(biāo)的一部分在新定向的視點(diǎn)中仍然可見(jiàn)。這本質(zhì)上是由系統(tǒng)執(zhí)行的，沒(méi)有任何干預(yù)，因?yàn)閰⒖寄繕?biāo)的模式被識(shí)別。
改善的跳步法還可能擴(kuò)展被目標(biāo)覆蓋的截面?？梢允褂脭z影測(cè)量法預(yù)先在物體上為目標(biāo)的整個(gè)組建?；蚴褂矛F(xiàn)有技術(shù)方法聯(lián)機(jī)擴(kuò)大目標(biāo)模型。圖7是此改善的跳步法程序的一些步驟的流程圖700。此系統(tǒng)最初在攝影測(cè)量定位裝置的坐標(biāo)系702中收集可見(jiàn)目標(biāo)位置的組T，704。此組的可見(jiàn)目標(biāo)可以是物體參考目標(biāo)和傳感器參考目標(biāo)的整個(gè)組的一部分，即圖上清晰的那些。然后系統(tǒng)在706處識(shí)別被建模的該組模式P 708，包括物體目標(biāo)模式，并且作為輸出產(chǎn)生一組新的可見(jiàn)目標(biāo)T’712，以及物體坐標(biāo)系與攝影測(cè)量定位裝置之間的空間關(guān)系的710處的參數(shù)τ4。從新觀察到的空間關(guān)系中，可見(jiàn)目標(biāo)的新組712在產(chǎn)生716處所示的新可見(jiàn)目標(biāo)的變換組T’t之前，在714處變換到最初物體的坐標(biāo)系中。最后，目標(biāo)模型隨著新變換的可見(jiàn)目標(biāo)而擴(kuò)大，從而在物體的坐標(biāo)系中產(chǎn)生720處的目標(biāo)的擴(kuò)大組T+。在這點(diǎn)上，可以從數(shù)個(gè)位置檢查物體的表面厚度并且在相同的坐標(biāo)系內(nèi)變換這些測(cè)量。在單個(gè)坐標(biāo)系中具有空間關(guān)系，還可以通過(guò)對(duì)在相同鄰域內(nèi)收集的測(cè)量求平均值而過(guò)濾噪聲。使用傳感器空間關(guān)系、物體空間關(guān)系和/或傳感器-物體空間關(guān)系，由體積分析傳 感器獲得的檢查測(cè)量可以在共同的坐標(biāo)系中被參考并且成為參考的檢查數(shù)據(jù)。為了在內(nèi)部異常和外部異常之間進(jìn)行辨別，提出以下方法。在圖4中，管道的縱向橫截面在400處描繪。理想的管道模型在402處以虛線(xiàn)展示。外表面在406處展示并且內(nèi)表面在404處展示。當(dāng)異常是由于腐蝕等時(shí)，有利的是識(shí)別改變的表面在內(nèi)還是在外。在這種情況下，粘貼到物體的參考目標(biāo)可能不夠。也可以在本系統(tǒng)中提供額外的傳感器工具，例如提供外表面模型的3D范圍掃描器。盡管這種類(lèi)型的傳感器工具存在多個(gè)原理，使用的一個(gè)常見(jiàn)原理是光學(xué)三角測(cè)量。例如，掃描器使用結(jié)構(gòu)化的光(激光或非相干光)來(lái)照亮表面并且至少一個(gè)例如照相機(jī)等光傳感器聚集經(jīng)反射的光并且通過(guò)三角測(cè)量來(lái)計(jì)算一組3D點(diǎn)，所述三角測(cè)量使用的是校準(zhǔn)參數(shù)或隱式模型，所述隱式模型編碼在描述照相機(jī)和結(jié)構(gòu)化的投光器的幾何配置的查找表中。此組3D點(diǎn)稱(chēng)為傳感器信息。這些范圍掃描器在附加的局部坐標(biāo)系中提供幾組3D點(diǎn)。使用校準(zhǔn)程序，參考目標(biāo)可以粘貼到掃描器。因此，它也可以由圖2中118處所示的攝影測(cè)量定位系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤。使用粘貼到額外的傳感器工具的至少一些工具參考目標(biāo)的3D位置圖的工具模型，可以在攝影測(cè)量系統(tǒng)與工具參考目標(biāo)之間確定工具空間關(guān)系。3D點(diǎn)組可以映射到相同的整體坐標(biāo)系中，在這種情況下，所述相同的整體坐標(biāo)系附到定位裝置并且在此以112展示。另外可以從3D點(diǎn)組重新構(gòu)建物體的連續(xù)表面模型。最后，可以利用定位裝置的坐標(biāo)系與物體的坐標(biāo)系之間的空間關(guān)系，從而將表面模型變換到物體的坐標(biāo)系中。在這種情況下，物體的坐標(biāo)系將會(huì)保持真正固定的整體的或共同的坐標(biāo)系。從工具空間關(guān)系和傳感器-物體和/或物體空間關(guān)系中獲得工具-物體空間關(guān)系。物體外表面的模型是沿著存儲(chǔ)在相同的整體坐標(biāo)系內(nèi)的一些方向與一組厚度測(cè)量一起獲得。從外表面模型Se(u，V) = {x，y，z}中，厚度測(cè)量首先轉(zhuǎn)換成矢量V，矢量V被添加到表面點(diǎn)，隨后在內(nèi)表面Si上獲得一個(gè)點(diǎn)，如圖4中408處所示。因此,可以恢復(fù)內(nèi)表面的輪廓。通常，使用超聲，內(nèi)表面模型的精確度小于外表面模型所達(dá)到的精確度。因此，在配準(zhǔn)時(shí)，即在相同的坐標(biāo)系中對(duì)齊時(shí)，可以選擇是提供附到外表面模型的厚度測(cè)量，還是提供內(nèi)和外兩個(gè)表面模型。
為了完成表面檢查，外表面模型用物體外表面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型來(lái)配準(zhǔn)。當(dāng)后一種模型是平滑的或包括直的橫截面時(shí)，對(duì)齊的質(zhì)量是高度可靠的。那種配準(zhǔn)可能需要如圖4中410處所示的凸緣等特征的掃描，以限制CAD模型與所掃描的表面之間的幾何變換的6D0F。在一些情況下，物體上的物理特征，例如鉆孔或幾何實(shí)體，將用作物體上的顯式參考。在圖3中描繪的圖畫(huà)300中的302、304和308處所示為一些實(shí)例。在此圖中，該物體展示為306。這些具體的特征可以使用接觸探測(cè)器，比3D光學(xué)表面掃描器(即范圍掃描器)更好地被測(cè)量。接觸探測(cè)器是另一種類(lèi)型的額外傳感器工具。還可以用接觸探測(cè)器來(lái)測(cè)量前一種類(lèi)型的特性，比如凸緣。接觸探測(cè)器基本上由在探測(cè)器的局部坐標(biāo)系中參考的實(shí)心小球組成。使用圖2中118處所示的定位系統(tǒng)，一種模式的參考目標(biāo)(經(jīng)編碼或未經(jīng)編碼)被簡(jiǎn)單地固定到剛性部分，測(cè)量球安裝在該剛性部分上。此探測(cè)器也由系統(tǒng)來(lái)定位。最后在內(nèi)和外局部異常都被量化的情況下，可以提供檢查報(bào)告。在腐蝕分析的情況下，內(nèi)腐蝕與外腐蝕分開(kāi)。這樣的部分診斷的一項(xiàng)實(shí)例在圖5中的500處展示。所示為所產(chǎn)生的參考物體檢查數(shù)據(jù)。在顯示器的右側(cè)用數(shù)字顯示的檢查數(shù)據(jù)，使用箭頭和文字來(lái)將檢查數(shù)據(jù)與物體上 的具體位置相關(guān)聯(lián)，而定位在物體的截面上。定位系統(tǒng)讓使用一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多傳感器工具成為可能。例如，體積分析傳感器可以是與3D范圍掃描器和觸摸探測(cè)器無(wú)縫連接一起使用的厚度傳感器。通過(guò)用戶(hù)界面，用戶(hù)可以指示何時(shí)添加或改變傳感器工具。當(dāng)在傳感器工具上使用參考目標(biāo)的位置的具體模式時(shí)，另一可選的方法是讓攝影測(cè)量定位系統(tǒng)基于經(jīng)編碼的或未經(jīng)編碼的參考目標(biāo)而識(shí)別傳感器工具。圖6圖示了檢查方法600的主要步驟。位置跟蹤器用作定位系統(tǒng)和方法的一部分，以獲得參考目標(biāo)的模型并且確定空間關(guān)系。此位置跟蹤器可以提供為攝影測(cè)量系統(tǒng)的一部分或獨(dú)立地提供。它可以是由硬件和軟件部件的組合組成的處理單元，該處理單元與攝影測(cè)量系統(tǒng)和體積分析傳感器進(jìn)行通信，為定位系統(tǒng)和方法獲得所需數(shù)據(jù)。它被適配為結(jié)合該系統(tǒng)的其他部件來(lái)進(jìn)行圖6中的步驟，例如，結(jié)合模型建立器，該模型建立器使用攝影測(cè)量系統(tǒng)來(lái)建立傳感器、物體或工具模型。一組可見(jiàn)的目標(biāo)位置，606處的T，在攝影測(cè)量定位裝置的坐標(biāo)系602中被收集。608處提供的是由先前觀察到的附到數(shù)個(gè)傳感器工具的物體目標(biāo)和模式組成的建模的目標(biāo)模式的組P。該系統(tǒng)隨后識(shí)別這些模式604并且在610處產(chǎn)生定位裝置與每個(gè)體積分析傳感器(如果不止一個(gè))之間的空間關(guān)系的參數(shù)H。在這種情況下，整體坐標(biāo)系附到定位裝置。可選地，還提供定位裝置和/或物體之間的空間關(guān)系的612處的參數(shù)τ4以及定位裝置與表面范圍掃描器之間的空間關(guān)系的614處的參數(shù)τ 3。還是參考圖6，體積分析傳感器組M和一組3D對(duì)應(yīng)位置X，都在620處顯示，在616處收集，之后在618處將這些位置X變換到由定位裝置觀察到的外部坐標(biāo)系中。外部坐標(biāo)系可以由定位裝置觀察，這與其內(nèi)部坐標(biāo)系不同。這兩個(gè)坐標(biāo)系之間的剛性變換的622處的參數(shù)12在校準(zhǔn)后獲得。在此操作之后，體積分析傳感器組映射到體積分析傳感器的外部坐標(biāo)系中的位置，在626處導(dǎo)致M、Xt。然后，使用由定位裝置提供的參數(shù)T1，位置&在624處變換到對(duì)應(yīng)于定位裝置的整體坐標(biāo)系中。所得位置在630處展示。這些相同的測(cè)量和位置，在632處展示，可以直接用作最后檢查的輸入。當(dāng)對(duì)附到目標(biāo)(所述目標(biāo)粘貼到物體)的坐標(biāo)系進(jìn)行測(cè)量時(shí)，位置Xt可以使用參數(shù)14在628處進(jìn)一步變換到物體的坐標(biāo)系中，從而在物體的坐標(biāo)系中導(dǎo)致634處的位置的組X。。很清楚624和628處的這兩個(gè)步驟可以組合成單個(gè)步驟。在相同的圖中，在636處提供檢查報(bào)告。此報(bào)告可以在至少單個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)累加體積分析傳感器測(cè)量，可選地將這些測(cè)量與642處的輸入CAD模型進(jìn)行對(duì)比并且在644處作為C被轉(zhuǎn)移。輸入CAD模型可以基于用接觸探測(cè)器獲得的特征的測(cè)量被對(duì)齊或從使用3D表面范圍掃描器測(cè)量的660處所不的表面模型S中被提取。在一些應(yīng)用,例如管道檢查中，CAD模型只可以用于提供空間參考給所檢查的截面。實(shí)際上，盡管具有定位特征，但是有可能當(dāng)只對(duì)評(píng)估腐蝕的管道截面的局部厚度感興趣時(shí)，理想的形狀變形。表面模型可以是連續(xù)的或提供為點(diǎn)云。有趣的是，3D范圍掃描器在646處從物體的外表面收集范圍測(cè)量，并且隨后將所測(cè)量的648處所示的表面點(diǎn)Z在650處變換到由定位裝置觀察到的范圍掃描器的外部坐標(biāo)系中。這樣，利用了 3D范圍掃描器的內(nèi)部坐標(biāo)系與由定位裝置觀察到的其外部坐標(biāo)系之間的剛性變換的參數(shù)。651處的這些參數(shù)15是預(yù)先校準(zhǔn)的。652處的經(jīng)變換的3D表面點(diǎn)Zs隨后使用定位裝置與3D范圍掃描器的外部坐標(biāo)系之間的剛性變換的614處的參 數(shù)τ3，在654處變換到物體的坐標(biāo)系中。所得的點(diǎn)組Z。用作輸入，從而在658處建立3D表 面模型S。盡管這是優(yōu)選實(shí)施方案的場(chǎng)景，但是很清楚3D掃描器可以利用定位目標(biāo)或任何其他可用的裝置，以在單個(gè)坐標(biāo)系中累加3D點(diǎn)組并且隨后可以將這些點(diǎn)映射到由定位裝置確定的物體的坐標(biāo)系中，只在末尾。在此場(chǎng)景中，3D范圍掃描器不需要由定位裝置連續(xù)地跟蹤。
改善的跳步法，在圖7中的700處所示，將通過(guò)使沒(méi)有任何人工干預(yù)情況下移位定位裝置成為可能而改善圖6中的框602。跳步法技術(shù)還可以補(bǔ)償物體、體積分析傳感器或甚至是攝影測(cè)量系統(tǒng)的任何未受控制的移動(dòng)。這樣的未受控制的移動(dòng)例如可以由振動(dòng)引起。當(dāng)在702處在定位裝置的坐標(biāo)系中收集可見(jiàn)的目標(biāo)位置之后，704處的目標(biāo)位置組T提供為輸入用于在706處識(shí)別物體模式。為此，輸入針對(duì)傳感器工具以及針對(duì)先前幀中所示物體的每個(gè)目標(biāo)模式的模型P 708。計(jì)算712處新觀察到的目標(biāo)組T’以及物體模式與定位裝置之間剛性變換的710處和612處的參數(shù)τ4。隨后可以在714處將組Τ’變換到最初的物體的坐標(biāo)系中，從而導(dǎo)致716處的經(jīng)變換的目標(biāo)位置T’t。最初的目標(biāo)模型最后在718處擴(kuò)大到經(jīng)擴(kuò)大的物體目標(biāo)模型T+720。測(cè)量厚度只是可以在用表面模型以及最后物體特征進(jìn)行的配準(zhǔn)中測(cè)量的一個(gè)特性。很清楚其他類(lèi)型的測(cè)量可以使用相同的方法在用物體表面或特征進(jìn)行的配準(zhǔn)中檢查。實(shí)際上，當(dāng)體積分析傳感器可以由攝影測(cè)量定位系統(tǒng)定位時(shí)，該方法自然地延伸到其他類(lèi)型的測(cè)量。例如，可以使用安裝有目標(biāo)的紅外傳感器并且基于刺激后的內(nèi)溫度輪廓來(lái)檢查物體的內(nèi)體積中的缺陷。這種類(lèi)型的檢查通常運(yùn)用于復(fù)合材料。例如，檢查復(fù)合零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是航空工業(yè)的一項(xiàng)實(shí)踐，其中必須檢查機(jī)翼截面以檢測(cè)迭片裂縫。本文描述的方法使得在整個(gè)物體上或可選地，在小型或甚至大型物體的具有外表面的小的偶發(fā)的局部樣本上精確地配準(zhǔn)完整組的測(cè)量成為可能。X射線(xiàn)是可以用于測(cè)量體積特性同時(shí)在系統(tǒng)中用作傳感器工具的形式的另一實(shí)例。因此，可以確定表面腐蝕是否對(duì)內(nèi)表面的影響大于外表面，并且更確切地說(shuō)成多少比例。實(shí)際上，可以在相同的坐標(biāo)系中對(duì)外表面當(dāng)前狀態(tài)的連續(xù)模型以及在傳感器不同位置和方位處的表面上方收集的厚度測(cè)量進(jìn)行測(cè)量和組合，并且確定腐蝕狀態(tài)。因此，可以添加外表面的密集且準(zhǔn)確的模型作為參考，這肯定是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，將提高定量NDE分析。完整的分析可以使用數(shù)個(gè)裝置而不是具有太多損害的單個(gè)多功能的來(lái)執(zhí)行。因此，此解決方案可以提供簡(jiǎn)單的方法以在相同的整體坐標(biāo)系中，收集變換所有類(lèi)型的測(cè)量，包括外表面幾何形狀。盡管在方框圖中圖示為經(jīng)由不同的數(shù)據(jù)信號(hào)連接而互相通信的分離部件組，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可由硬件和軟件部件的組合提供，其中一些部件由硬件或軟件系統(tǒng)的給定功能或操作實(shí)施，并且圖示的許多數(shù)據(jù)路徑由計(jì)算機(jī)應(yīng)用或操作系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信實(shí)施或可使用任何合適的已知的或之后發(fā)展的有線(xiàn)的和/或無(wú)線(xiàn)的方法和裝置進(jìn)行通信地鏈接。傳感器、處理器和其他裝置可位于一處或遠(yuǎn)離彼此的一個(gè)或多個(gè)。因此，提供圖示的結(jié)構(gòu)用于教示實(shí)例實(shí)施方案的效率。要理解所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白其許多修改。因此，以上描述和附圖應(yīng)作為本 發(fā)明的說(shuō)明并且不是以限制的方式。另外將理解它旨在涵蓋本發(fā)明的任何改變、用途或改編，通常在本發(fā)明的原理之后，并且包括對(duì)本發(fā)明的這些背離在本發(fā)明涉及的技術(shù)內(nèi)的已知或通常的實(shí)踐內(nèi)和可運(yùn)用于在詳述之前的本文的本質(zhì)特征，以及遵照所附權(quán)利要求書(shū)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于物體的非破壞性檢查的定位方法，包括 提供用于所述檢查的至少ー個(gè)體積分析傳感器，所述體積分析傳感器具有多個(gè)傳感器參考目標(biāo)； 提供所述體積分析傳感器的至少ー些所述傳感器參考目標(biāo)的3D位置圖的ー個(gè)傳感器模型； 在所述物體和所述物體的環(huán)境中的至少ー者上提供多個(gè)物體參考目標(biāo)； 提供至少ー些所述物體參考目標(biāo)的3D位置圖的ー個(gè)物體模型； 提供一個(gè)攝影測(cè)量系統(tǒng)，該攝影測(cè)量系統(tǒng)包括至少ー個(gè)照相機(jī)以在ー個(gè)視場(chǎng)中捕獲至少ー個(gè)圖像； 使用所述攝影測(cè)量系統(tǒng)在所述視場(chǎng)中捕獲ー個(gè)圖像，在所述圖像上所述傳感器參考目標(biāo)和所述物體參考目標(biāo)的至少一部分是清晰的； 使用所述傳感器模型和所述捕獲的圖像在該攝影測(cè)量系統(tǒng)與所述傳感器參考目標(biāo)之間確定一個(gè)傳感器空間關(guān)系； 使用所述物體模型和所述捕獲的圖像在該攝影測(cè)量系統(tǒng)與所述物體參考目標(biāo)之間確定一個(gè)物體空間關(guān)系； 使用所述物體空間關(guān)系和所述傳感器空間關(guān)系來(lái)確定所述至少一個(gè)體積分析傳感器相對(duì)于所述物體的一個(gè)傳感器-物體空間關(guān)系； 重復(fù)所述捕獲、所述確定所述傳感器-物體空間關(guān)系，以及所述確定所述傳感器空間關(guān)系和所述確定所述物體空間關(guān)系中的至少ー個(gè)操作； 使用所述傳感器-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤所述體積分析傳感器和所述物體中的所述至少ー者的位移。
2.如權(quán)利要求I所述的定位方法，進(jìn)ー步包括使用所述至少一個(gè)體積分析傳感器來(lái)提供關(guān)于所述物體的檢查測(cè)量；以及使用所述傳感器空間關(guān)系、所述物體空間關(guān)系和所述傳感器-物體空間關(guān)系中的至少ー者來(lái)參考所述檢查測(cè)量并且在ー個(gè)共同的坐標(biāo)系中產(chǎn)生參考的檢查數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求I所述的定位方法，其中所述提供所述物體模型和提供所述傳感器模型中的至少ー個(gè)操作包括使用所述攝影測(cè)量系統(tǒng)在所述捕獲所述圖像期間建立所述物體和傳感器模型中的相應(yīng)ー者。
4.如權(quán)利要求I到3中任意一項(xiàng)所述的定位方法，進(jìn)ー步包括 提供ー個(gè)額外的傳感器工具； 使用所述額外的傳感器工具獲得傳感器信息； 相對(duì)于所述物體參考所述額外的傳感器工具。
5.如權(quán)利要求4所述的定位方法，其中所述相對(duì)于所述物體參考所述額外的傳感器エ具包括使用所述額外的傳感器工具的ー個(gè)獨(dú)立的定位系統(tǒng)和使用所述物體參考目標(biāo)。
6.如權(quán)利要求4和5中任意一項(xiàng)所述的定位方法， 其中所述額外的傳感器工具具有多個(gè)工具參考目標(biāo)； 進(jìn)ー步包括 提供所述額外的傳感器工具的至少ー些所述工具參考目標(biāo)的3D位置圖的ー個(gè)工具模型；使用所述工具模型在該攝影測(cè)量系統(tǒng)與所述工具參考目標(biāo)之間確定ー個(gè)工具空間關(guān)系; 使用所述工具空間關(guān)系以及所述傳感器-物體空間關(guān)系和所述物體空間關(guān)系中的至少ー者來(lái)確定所述額外的傳感器工具相對(duì)于所述物體的ー個(gè)工具-物體空間關(guān)系； 重復(fù)所述捕獲、所述確定所述工具空間關(guān)系和所述確定所述工具-物體空間關(guān)系； 使用所述工具-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤所述額外的傳感器工具的位移。
7.如權(quán)利要求2所述的定位方法，進(jìn)ー步包括使用由所述體積分析傳感器所獲得的所述檢查測(cè)量來(lái)建立所述物體的ー個(gè)內(nèi)表面的ー個(gè)模型。
8.如權(quán)利要求2所述的定位方法，其中所述檢查測(cè)量是厚度數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求2所述的定位方法，進(jìn)ー步包括 提供所述物體的ー個(gè)外表面的ー個(gè)CAD模型； 使用所述CAD模型和所述傳感器-物體空間關(guān)系在所述共同的坐標(biāo)系中對(duì)齊由所述體積分析傳感器獲得的所述檢查測(cè)量。
10.如權(quán)利要求4所述的定位方法，進(jìn)ー步包括 提供所述物體的ー個(gè)外表面的ー個(gè)CAD模型； 使用所述額外的傳感器工具來(lái)獲取所述物體的所述外表面的特征信息； 使用所述CAD模型、所述特征信息和所述傳感器-物體空間關(guān)系在所述共同的坐標(biāo)系中對(duì)齊由所述體積分析傳感器獲得的所述檢查測(cè)量。
11.一種用于物體的非破壞性檢查的定位系統(tǒng)，包括 用于所述檢查的至少ー個(gè)體積分析傳感器，所述體積分析傳感器具有多個(gè)傳感器參考目標(biāo)并且被適配為被移位； 在所述物體和所述物體的環(huán)境中的至少ー者上提供的多個(gè)物體參考目標(biāo)； 一個(gè)攝影測(cè)量系統(tǒng)，該攝影測(cè)量系統(tǒng)包括至少ー個(gè)照相機(jī)以在ー個(gè)視場(chǎng)中捕獲至少一個(gè)圖像，在所述圖像上所述傳感器參考目標(biāo)和所述物體參考目標(biāo)的至少一部分是清晰的；ー個(gè)位置跟蹤器，用于 獲得所述體積分析傳感器的至少ー些所述傳感器參考目標(biāo)的3D位置圖的ー個(gè)傳感器模型； 獲得至少ー些所述物體參考目標(biāo)的3D位置圖的ー個(gè)物體模型； 使用所述物體模型模式和所述捕獲的圖像在該攝影測(cè)量系統(tǒng)與所述物體參考目標(biāo)之間確定ー個(gè)物體空間關(guān)系； 使用所述傳感器模型和所述捕獲的圖像在該攝影測(cè)量系統(tǒng)與所述傳感器參考目標(biāo)之間確定一個(gè)傳感器空間關(guān)系； 使用所述物體空間關(guān)系和所述傳感器空間關(guān)系來(lái)確定所述至少一個(gè)體積分析傳感器相對(duì)于所述物體的一個(gè)傳感器-物體空間關(guān)系； 使用傳感器-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤所述體積分析傳感器的位移。
12.如權(quán)利要求11所述的定位系統(tǒng)，其中所述體積分析傳感器提供關(guān)于所述物體的檢查測(cè)量并且其中所述位置跟蹤器進(jìn)ー步用于使用所述傳感器空間關(guān)系、物體空間關(guān)系以及傳感器-物體空間關(guān)系中的至少ー者來(lái)參考所述檢查測(cè)量并且產(chǎn)生參考的檢查數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的定位系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括ー個(gè)模型建立器，用于使用所述攝影測(cè)量系統(tǒng)來(lái)建立所述傳感器模型和所述物體模型中的至少ー者。
14.如權(quán)利要求11到13中任意一項(xiàng)所述的定位系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括ー個(gè)額外的傳感器エ具，用于獲得傳感器信息。
15.如權(quán)利要求14所述的定位系統(tǒng)，其中所述額外的傳感器工具被適配為被移位并且所述額外的傳感器工具具有多個(gè)工具參考目標(biāo)，并且其中所述位置跟蹤器進(jìn)ー步用于使用所述攝影測(cè)量系統(tǒng)和所述額外的傳感器工具上的工具參考目標(biāo)圖的ー個(gè)工具模型來(lái)跟蹤所述額外的傳感器工具的位移。
全文摘要
該方法包括提供至少一個(gè)具有多個(gè)傳感器參考目標(biāo)的體積分析傳感器；提供這些傳感器參考目標(biāo)中的至少一些的一個(gè)圖的一個(gè)傳感器模型；在該物體和該物體的環(huán)境中的至少一者上提供多個(gè)物體參考目標(biāo)；提供這些物體參考目標(biāo)中的至少一些的一個(gè)圖的一個(gè)物體模型；提供一個(gè)攝影測(cè)量系統(tǒng)，該攝影測(cè)量系統(tǒng)包括至少一個(gè)照相機(jī)，并且在一個(gè)視場(chǎng)中捕獲至少一個(gè)圖像，在該圖像上這些傳感器參考目標(biāo)和這些物體參考目標(biāo)的至少一部分是清晰的；確定一個(gè)傳感器空間關(guān)系；確定一個(gè)物體空間關(guān)系；使用該物體空間關(guān)系和該傳感器空間關(guān)系來(lái)確定該至少一個(gè)體積分析傳感器相對(duì)于該物體的一個(gè)傳感器-物體空間關(guān)系；重復(fù)這些步驟并且使用該傳感器-物體空間關(guān)系來(lái)跟蹤該體積分析傳感器和該物體中的至少一者的位移。
文檔編號(hào)G01B7/02GK102859317SQ201180018497
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者E·圣-皮埃爾, P·赫伯特, C·莫尼 申請(qǐng)人:形創(chuàng)有限公司