具有導(dǎo)航功能的管道鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種管道鏡（Borescope)，特別涉及一種精確定位管道鏡的探測(cè)頭在 被檢測(cè)機(jī)械裝置中的位置的管道鏡及其導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 管道鏡（工業(yè)內(nèi)窺鏡）廣泛應(yīng)用于機(jī)械裝置例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī) 或汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)?？紤]到安全和維護(hù)需求，需要定期檢查機(jī)械裝置的內(nèi)部元件是否發(fā) 生故障。
[0003] 柔性管道鏡常用于檢測(cè)機(jī)械裝置復(fù)雜的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)。在一些情況下，管道鏡的柔 性探測(cè)管的一端設(shè)置探測(cè)頭，該探測(cè)頭可包括微型攝像機(jī)和光源以便于在被檢測(cè)機(jī)械裝置 的黑暗空間內(nèi)捕獲到清晰的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像。作為遠(yuǎn)距離監(jiān)控，捕獲動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像的能 力對(duì)于后續(xù)操作具有重要意義。手持操作裝置上的顯示器可用于顯示捕獲的圖像。手持操 作裝置上的操作桿可用于控制或驅(qū)動(dòng)該探測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)以對(duì)該機(jī)械裝置的內(nèi)部元件進(jìn)行全 面的檢測(cè)。
[0004] 然而，為了覆蓋機(jī)械裝置設(shè)備的所有感興趣區(qū)域（region of interest, R0I)，通 常需要花費(fèi)幾天的時(shí)間。對(duì)探測(cè)頭在機(jī)械裝置中的不精確位置導(dǎo)航是造成時(shí)間浪費(fèi)的主要 原因。由于導(dǎo)航誤差，操作人員不能根據(jù)導(dǎo)航信息控制探測(cè)頭到達(dá)感興趣區(qū)域或不能控制 微型攝像機(jī)面向期望的方向。因此，導(dǎo)航圖像為操作人員調(diào)整探測(cè)頭的位置和方向提供非 常重要的信息。在一些情況下，期望該探測(cè)頭在機(jī)械裝置中的位姿（位置和方位角）足夠 精確以觀測(cè)故障或缺陷的擴(kuò)張以及為操作人員的后續(xù)操作提供一個(gè)精確的參考信息。
[0005] 所以，需要提供一種新的具有精確導(dǎo)航功能的管道鏡來(lái)解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 現(xiàn)在歸納本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中該歸納并不是 本發(fā)明的擴(kuò)展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的某些要素，也并非旨在劃出其范圍。相反， 該歸納的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前用簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。
[0007] 本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種管道鏡，該管道鏡包括：
[0008] 設(shè)有探測(cè)頭及傳感器的探測(cè)管，該傳感器用于接收該探測(cè)管的信號(hào)并生成對(duì)應(yīng)的 感應(yīng)信號(hào)；
[0009] 第一圖像處理器，用于根據(jù)該探測(cè)頭捕獲的第一圖像信號(hào)計(jì)算得到第一圖像；
[0010] 模型存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)被檢測(cè)機(jī)械裝置的預(yù)設(shè)模型；
[0011] 位姿計(jì)算器，用于根據(jù)該感應(yīng)信號(hào)計(jì)算得到該探測(cè)頭的初始位姿；
[0012] 第二圖像處理器，用于調(diào)整該初始位姿至導(dǎo)航位姿，以滿足該第一圖像和根據(jù)該 導(dǎo)航位姿計(jì)算得到的第二圖像之間的偏差落入允許范圍；
[0013] 導(dǎo)航圖像計(jì)算器，用于根據(jù)該導(dǎo)航位姿和該預(yù)設(shè)模型計(jì)算得到導(dǎo)航圖像；及
[0014] 用于顯示該導(dǎo)航圖像的顯示器。
[0015] 本發(fā)明的另一方面在于提供一種用于導(dǎo)航管道鏡的探測(cè)頭的方法，該管道鏡上設(shè) 有傳感器，該方法包括如下步驟：
[0016] 接收由該探測(cè)頭捕獲的第一圖像信號(hào)并接收該傳感器生成的感應(yīng)信號(hào)；
[0017] 根據(jù)該感應(yīng)信號(hào)計(jì)算得到該探測(cè)頭的初始位姿；
[0018] 根據(jù)該第一圖像信號(hào)計(jì)算得到第一圖像并根據(jù)該初始位姿和預(yù)設(shè)模型計(jì)算得到 初始的第二圖像；
[0019] 計(jì)算該第一圖像和該初始的第二圖像之間的初始偏差；
[0020] 調(diào)整該初始位姿至導(dǎo)航位姿，以滿足該第一圖像和根據(jù)該導(dǎo)航位姿計(jì)算得到的第 二圖像之間的偏差落入允許范圍；
[0021] 根據(jù)該導(dǎo)航位姿和該預(yù)設(shè)模型計(jì)算得到導(dǎo)航圖像；及
[0022] 顯示該導(dǎo)航圖像。
[0023] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有導(dǎo)航功能的管道鏡的處理器將基于探測(cè)管上設(shè)置的 傳感器得到的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理以得到探測(cè)頭的初始位姿，該處理器對(duì)初始位姿進(jìn)行不斷 調(diào)整以得到最終精確的導(dǎo)航位姿。根據(jù)導(dǎo)航位姿和檢測(cè)裝置的模型計(jì)算得到最終的導(dǎo)航圖 像以顯示在管道鏡的顯示器上。從而使操作人員可更精確的找到對(duì)應(yīng)的故障位置并更精確 的進(jìn)行下一步操作，大大提高了效率。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖 中：
[0025] 圖1為一種用于檢測(cè)機(jī)械裝置的管道鏡的一個(gè)實(shí)施方式的工作狀態(tài)示意圖；
[0026] 圖2為如圖1所示的管道鏡的探測(cè)管橫截面的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；
[0027] 圖3為圖2所示的形狀感應(yīng)線纜中的一根感應(yīng)線的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；
[0028] 圖4為對(duì)如圖1所示的管道鏡進(jìn)行導(dǎo)航監(jiān)控的一個(gè)實(shí)施方式的示意框圖；
[0029] 圖5為對(duì)如圖1所示的內(nèi)部元件的圖像進(jìn)行調(diào)節(jié)的一個(gè)實(shí)施方式的不同狀態(tài)示意 圖；
[0030] 圖6為對(duì)如圖1所示管道鏡的探測(cè)頭進(jìn)行導(dǎo)航的方法的一種實(shí)施方式的流程圖；
[0031] 圖7為如圖6所示的初始位姿的調(diào)整步驟的一種實(shí)施方式的流程圖；
[0032] 圖8為如圖6所示的初始位姿的調(diào)整步驟的另一種實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下將描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，需要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述 過(guò)程中，為了進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的描述，本說(shuō)明書不可能對(duì)實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳 盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，正如在任意一個(gè)工 程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商 業(yè)相關(guān)的限制，常常會(huì)做出各種各樣的具體決策，而這也會(huì)從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施 方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過(guò)程中所作出的努力可能是復(fù)雜 并且冗長(zhǎng)的，然而對(duì)于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開 揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不 應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0034] 除非另作定義，權(quán)利要求書和說(shuō)明書中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā) 明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請(qǐng)說(shuō)明書及權(quán)利 要求書中使用的"第一"、"第二"及類似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是 用來(lái)區(qū)分不同的組成部分。"一個(gè)"或者"一"等類似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而是表示存在 至少一個(gè)。
[0035] 請(qǐng)參考圖1，為一種用于檢測(cè)機(jī)械裝置70的管道鏡20的一個(gè)實(shí)施方式的工作狀態(tài) 示意圖。該管道鏡20包括柔性的探測(cè)管24和手持操作裝置22。在一些實(shí)施方式中，該機(jī) 械裝置70的合適位置設(shè)置多個(gè)開口（如開口 71)。當(dāng)檢測(cè)該機(jī)械裝置70的內(nèi)部元件時(shí)，該 探測(cè)管24從該開口 71伸入該機(jī)械裝置70的內(nèi)部檢測(cè)空間72。作為一個(gè)例子，該檢測(cè)空間 72包括多個(gè)通道，如圖1所示的通道'A'，'B'，'C'，'D'，?'，'F'。
[0036] 在一些非限定的實(shí)施方式中，該探測(cè)管24的一端設(shè)置探測(cè)頭242。該探測(cè)頭242 可包括微型攝像機(jī)（未示出）以用于捕獲該機(jī)械裝置70的內(nèi)部元件的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像。在 一些實(shí)施方式中，該探測(cè)頭242可包括光源（未示出）以使其在該機(jī)械裝置70的黑暗的空 間內(nèi)捕獲到清晰的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像。
[0037] 該手持操作裝置22包括操控區(qū)222 (例如操作桿）以控制或驅(qū)動(dòng)該探測(cè)頭242的 運(yùn)動(dòng)。該手持操作裝置22進(jìn)一步包括顯示器220,該顯示器220可包括第一顯示部分224 以用于顯示由該微型攝像機(jī)捕獲得到的該內(nèi)部元件501對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像313。該顯 示器220還包括第二顯示部分226以用于顯示該探測(cè)頭242在該被檢測(cè)的機(jī)械裝置70中 的位置導(dǎo)航圖像3251或3252。在一些實(shí)施方式中，該探測(cè)管24的結(jié)構(gòu)3253和/或該探測(cè) 頭242的導(dǎo)航位姿（例如導(dǎo)航位置T和導(dǎo)航方位角R)顯示在該導(dǎo)航圖像3251上。在一些 實(shí)施方式中，表明該探測(cè)頭242在該機(jī)械裝置70中的位置點(diǎn)3254和該導(dǎo)航位姿（T，R)的 信息都顯示在該導(dǎo)航圖像3252上。該導(dǎo)航圖像3251或3252可包括二維圖像或三維圖像。 該導(dǎo)航位置T和該導(dǎo)航方位角R可包括三維向量，例如，在三維空間坐標(biāo)系（x'，y'，z'）中， T = [Tx'，Ty'，IV ]，R = [Rx'，Ry'，Rz' ]。如圖1所示的該手持操作裝置22僅作為一個(gè) 示例，可實(shí)施本發(fā)明所描述功能的任何種類的裝置均可用作該手持操作裝置。
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