[发明专利]用于跟踪扫描仪的位置的方法以及系统

说明书

公开了用于跟踪扫描仪的位置的方法以及系统。具体地，用于使用由无损检查NDI扫描仪获取的目标物体的图像来跟踪NDI扫描仪的位置的系统和方法。该系统包括框架、由该框架支撑的NDI扫描仪、被配置为能够使框架机动化运动的系统、以及计算机系统，该计算机系统通信耦接以接收来自NDI扫描仪的传感器数据并跟踪该NDI扫描仪的位置。该NDI扫描仪包括二维传感器阵列。当处于目标物体的表面上的不同位置时，由二维传感器阵列重复地获取表面下的深度传感器数据并从二维传感器阵列输出。将所得到的二维扫描图像序列馈送到图像处理和特征点比较模块，该图像处理和特征点比较模块被配置为使用在所获取的扫描图像中可见的虚拟特征来跟踪扫描仪相对于目标物体的位置。

技术领域

本公开总体上涉及用于在扫描仪在目标区域(例如，目标物体的表面)上移动时跟踪扫描仪的位置的系统和方法。具体地，本公开涉及用于跟踪无损检查扫描仪(以下称为“NDI扫描仪”)的位置的系统和方法。如本文所使用的，术语“位置”包括坐标系中的位置和相对于该坐标系的定向。

背景技术

可以使用各种类型的成像仪来对目标物体执行无损检查(NDI)。一个或多个成像仪可以在结构的待检查的部分上移动，并且获取表示结构的特性或特征(例如，物体或表面的边界)的扫描图像数据。例如，可以利用脉冲回波、穿透传输或剪切波传感器来获得超声数据，诸如厚度测量、检测结构中的层状缺陷和孔隙度和/或裂纹检测。谐振、一发/一收(pitch/catch，透射)或机械阻抗传感器可用于提供诸如结构的粘合胶层中的空隙或孔隙的指示。此外，单涡流传感器和双涡流传感器赋予并检测结构内的涡流，以提供用于检测特别是金属和其它导电结构中的裂纹和/或腐蚀的数据。

如在本文所使用的，术语“传感器数据”意指由二维(2-D)传感器阵列采集的模拟数据，二维(2-D)传感器阵列可以是另外包括数字信号处理器的NDI扫描仪(在本文也称为“2-D NDI扫描仪”)的一部分。如在本文所使用的，术语“扫描图像数据”意指从传感器数据得出的像素值(下文中称为“像素”)的2-D矩阵形式的数字数据。例如，2-D传感器阵列可以获取相应的模拟传感器数据，该模拟传感器数据被转换为对应的2-D像素矩阵，该像素矩阵表示面对2-D传感器阵列的目标物体的一部分的表面下结构的图像。

用于检查结构的一些现有解决方案包括具有支撑NDI扫描仪的框架的运动平台(例如，机器人履带车辆或安装到机器人的操纵臂的末端执行器)。该框架可以在结构的外模线上方移动。在替代实施例中，该运动平台可以被设计成手动移动。

这种运动平台的有效使用通常取决于它们在运动环境中的精确定位。已经开发了可用于此目的的许多定位解决方案。一些现有的定位系统需要单独的位置测量部件，诸如旋转增量编码器。可能期望提供避免使用专用于位置跟踪功能的旋转增量编码器的NDI的系统和方法。

发明内容

本文所公开的主题致力于用于使用由无损检查(NDI)扫描仪获取的目标物体的图像来跟踪NDI扫描仪的位置(以下称为“定位”)的系统和方法。目标物体具有表示几何元素的特征，诸如物体边界、深度和/或材料类型的不连续性以及表面边界(以下称为“结构特征”)。根据一些实施例，该系统包括框架、由框架支撑的NDI扫描仪、被配置为使得框架能够机动化移动的机器人系统，以及被通信耦接以从NDI扫描仪接收传感器数据并跟踪NDI扫描仪的位置的计算机系统。NDI扫描仪包括二维传感器阵列(以下称为“2-D传感器阵列”)。

根据一些实施例，当处于目标物体的表面上的不同位置时，2-D传感器阵列重复地(递归地、连续地)采集并输出表面下的深度传感器数据。将所得到的2-D扫描图像序列馈送到图像处理和特征点比较模块，该图像处理和特征点比较模块被配置为使用在所获取的扫描图像中可见的虚拟特征(下文中称为“特征”)来跟踪扫描仪相对于目标物体的位置。可选地，合成扫描图像构造模块被配置为通过将顺序扫描图像拼接在一起来构造包括与目标物体中的结构特征相对应的(虚拟)特征的合成扫描图像。