本發明涉及空間定位領域，尤其涉及一種獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的方法與裝置。

背景技術：

1、脈沖渦流檢測技術是渦流檢測技術的一個分支，該技術采用矩形波電壓加載至探頭中的激勵線圈上，在矩形波電壓的高電平段，激勵線圈產生一次磁場穿透覆蓋層作用于金屬構件；當矩形波電壓由高電平變為低電平時，一次磁場急劇較小，根據法拉第效應，金屬構件中會感生出渦流，同時根據奧斯特效應，渦流會產生磁場，一般稱之為二次磁場。渦流自感生開始，便不斷向下和向外耗散，該耗散過程與金屬構件的電磁參數(電導率、磁導率等)、幾何參數(尺寸等)有關，也會反映在二次磁場變化上，通過探頭中的接收線圈或磁敏元件將穿透覆蓋層的二次磁場轉化為電壓信號，再對該電壓信號進行分析，便可從中獲取金屬構件的相關信息。由于磁場具有較好的穿透性，且對于矩形波激勵，在平均功率不變的情況下，可通過減小重復頻率、占空比，以及增大幅值的方式增大瞬時功率，來提高一次磁場強度，進而提高二次磁場強度，因此，脈沖渦流探頭可以以非接觸的方式實現對帶覆蓋層金屬構件的檢測。

2、如中國發明專利202410267991.3公開了一種在役管道的脈沖渦流掃查檢測裝置，該裝置環繞安裝在管道上，可搭載脈沖渦流探頭沿周向、軸向對管道實施檢測。但是，若管道表面因坑、銹蝕、焊縫余高等原因而凹凸不平時，該裝置易導致脈沖渦流探頭發生偏斜，即難以保證脈沖渦流探頭中線圈的開口朝向始終垂直于管體的表面，且該發明專利的方案中，未能獲取脈沖渦流探頭相對被檢管道的偏斜情況；如中國實用新型專利zl202021960940.2公開了一種連續掃描的渦流探頭工裝，該工裝通過編碼器緊貼被檢工件獲取掃描距離，同樣要求緊貼被檢工件的面不得凹凸不平，且未能獲取脈沖渦流探頭相對被檢管道的偏斜情況；如中國發明專利zl201610931272.2公開了一種脈沖渦流定位檢測器，該檢測器通過在脈沖渦流檢測設備中添加類似于光電鼠標的定位儀，實現了對檢測設備移動軌跡的精確定位。但是，類似于光電鼠標的定位儀不僅對被檢工件表面平整度要求較高，難以適用曲率較大的工件(如管道)，還要求被檢工件表面粗糙度在一定范圍之內，難以適用過于粗糙(如存在銹蝕)或過于光滑(如已拋光或鍍鉻)的面；中國實用新型專利zl202121009017.5公開了一種用于具有定位功能的脈沖渦流檢測探頭固定裝置，該裝置可調整和鎖定脈沖渦流檢測探頭的水平轉角和俯仰角，以便實施多角度檢測。但是，該裝置在實施脈沖檢測時，未能獲取探頭相對被檢對象的位置和姿態；如中國發明專利202410448049.7公開了一種高分辨率脈沖渦流探頭及信號處理方法，通過在脈沖渦流探頭內安裝imu(inertial?measurementunit，慣性測量單元)傳感器，獲取探頭的位移(包括探頭的相對位置、角度等)數據，結合探頭的位移數據對脈沖渦流檢測信號進行處理，實現待測目標表面或內部微小缺陷的精確檢測和定位，以此提升脈沖渦流技術的分辨率。但是，在該發明專利的方案中，基于imu傳感器中加速度計和陀螺儀獲取的探頭位移數據難以避免累積誤差，一般離探頭初始位置越遠，位移數據誤差越大，且該位移數據是相對探頭初始位置的，不是相對被測對象的。

3、綜上，現有方案并未獲取脈沖渦流探頭相對被檢構件的位置及姿態，不僅不利于檢測結果的修正，難以提高檢測精度和坑、裂紋等局部缺陷的檢出率，還不利于判斷當前檢測結果是否有效及檢測結果位置的標記，難以為后續處理提供精準的指導。

4、因此，本領域技術人員在國家自然科學基金青年項目“帶覆蓋層非鐵磁性金屬構件局部缺陷脈沖渦流檢測機理與方法研究”(62003056)的資助下，有必要提供一種獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的方法與裝置解決上述技術問題。

技術實現思路

1、本發明提供獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的方法與裝置，解決了未獲取脈沖渦流探頭相對被檢構件的位置及姿態，這對檢測結果修正、提高檢測精度與局部缺陷檢出率不利，也不利于判斷檢測結果有效性及標記結果位置，無法為后續處理提供精準指導的問題。

2、為解決上述技術問題，本發明提供的獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的方法和裝置，包括：

3、為解決上述問題，本發明還提供一種獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的方法，包括以下步驟：

4、包括：

5、s1、部署窄脈沖定位器建立被測定物體的坐標體系，根據各窄脈沖定位器之間的空間位置關系獲取到脈沖渦流探頭的初始坐標與姿態；

6、s2、通過視覺算法處理光學定位器獲取的數據，計算出探頭與被測定物體相對空間位置的修正值；將安裝在被測定物體上的所述窄脈沖定位器與電池、pc端電性連接，將所述光學定位器與pc端電性連接，以達到將獲取的所述初值坐標、姿態、修正值返回pc端的效果；

7、s3.1、被測定物體上的窄脈沖定位器與每個所述窄脈沖定位器之間發送窄脈沖定位介質，利用脈沖的速度與來回所需的時間計算出各個窄脈沖定位器之間的距離，得到所述初始坐標；

8、s3.2、所述光學定位器根據算法計算出所述修正值，所述修正值包括脈沖渦流探頭相對被測定物體在豎直方向與水平方向的偏移距離；

9、s3.3、所述窄脈沖定位器集成了姿態檢測模塊，會計算出所述姿態，將所述姿態與所述初始坐標一并返回pc端；

10、s4、將所述初始坐標數據返回到pc端后，對前幾組所述初始坐標數據進行濾波，得出濾波后的數據；

11、s5、在所述濾波后數據的基礎上，在其水平與豎直的坐標值上加上所述的修正值，獲得所述整合后坐標；

12、s6、將所述整合后坐標與所述濾波后坐標分別求方差與均值，將兩數據整合求出兩者所占權重k，得到所述最終坐標，以達到減小障礙物遮擋信號所造成的影響；當權重出現明顯偏差時，pc端會顯示預警。

13、優選地，s1包括：

14、所述窄脈沖定位器的數量≥5個，且其中至少有一個所述窄脈沖定位器與其他所述窄脈沖定位器在豎直方向的高度差為[0.30m，20.00m]，在水平方向上標簽之間的間隔為[0.20m，8.00m]，脈沖渦流探頭上設有一個所述窄脈沖定位器；被測定物體的上方設有一個所述窄脈沖定位器。

15、優選地，s4中對獲取的初始坐標數據進行濾波包括：

16、將所述初始坐標數據返回到pc端，根據前幾組所述初始坐標數據整合成線性關系，預測下一組初始坐標數據，再根據所述預測值與實際值的方差關系求解權重，得出濾波后的數據。

17、優選地，s5中將所述修正值與濾波后的數據相結合得到整合后的坐標具體為：

18、在所述濾波后的數據的基礎上，在其水平與豎直的坐標值上加上所述的修正值，獲得所述整合后的坐標。

19、優選地，s6中將所述整合后坐標與所述濾波后的坐標求權重、整合后得到最終坐標包括：

20、將所述整合后的坐標與所述濾波后的坐標分別求方差與均值，將兩數據整合求出兩者所占權重k，得到所述最終坐標，以減小障礙物遮擋信號所造成的影響；

21、在進行k的計算時，若當k>0.85或者k<0.15時，我們將此時的坐標狀態標記為不可信，在pc端中顯示預警，同時工作人員檢查設備工作狀態以及工作溫優選地，s4中得到濾波后的數據的具體步驟為：

22、s4.1、窄脈沖定位器返回給pc端的信號我們可以列成的形式，其中μa為返回信號的均值，σa為方差，是下一秒的預測值關系式，其中μb為預測值的均值，σb為預測值的方差。

23、將xb、xa整合在一起我們列出式子其中kxa為所占權重，(1-k)為xb所占權重，為經過計算之后消除毛刺的所需信號值；

24、s4.2、將其整合成其中為整個式子的方差，當方差最小時，便計算出了權重k，由此我們將

25、求導得出

26、關系可表示為

27、s4.3、將

28、中的均值整合成其中的方差整合成此時我們令我們可得由此我們每收到本時刻的信號均值μa，就迅速預測出下一次的信號μb，再根據他們方差的關系計算出這兩數值所占的權重，最后得出經過濾波后的數據

29、優選地，s6的具體步驟為：

30、s6.1、將修正坐標列為形式，濾波后的數據列為其中μaμb為坐標信號均值，σaσb為兩組數據的方差；

31、s6.2、將兩組數據整合成其中k為修正坐標數據的權重，為計算后得出的最終坐標，將其寫為

32、s6.3、計算方差最小時，最終坐標的值，將方差式子構建函數

33、求導得出可寫為將其中均值化簡為方差化簡為此時令可得數據就處理完畢了，得到最終的坐標，在進行所述s6時，若當k>0.85或者k<0.15時，我們將此時的坐標狀態標記為不可信，在pc端中顯示預警，同時工作人員應檢查各窄脈沖定位器與光學定位器。

34、獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的裝置，包括：

35、保護脈沖渦流探頭的第一外殼；

36、與所述第一外殼相對設置的保護脈沖渦流探頭的第二外殼，所述第二外殼設置于所述第一外殼的一側；

37、脈沖渦流探頭，所述脈沖渦流探頭設置于所述第一外殼和所述第二外殼的中間；

38、光學定位器，所述光學定位器設置于所述第一外殼的另一側，所述光學定位器的內部設置有舵機；

39、窄脈沖定位器，所述窄脈沖定位器設置于所述第一外殼的頂部；

40、電池，所述電池設置于所述第一外殼的內部；

41、電池蓋，所述電池蓋設置于所述第一外殼的頂部。

42、優選地，所述電池蓋位于所述標簽電池的頂部，所述電池和所述窄脈沖定位器電性連接。

43、優選地，所述電池蓋的內部固定安裝有螺紋圈，所述螺紋圈的內側面螺紋連接有抵接柱，所述抵接柱的底部設置有壓板，所述壓板的底部固定安裝有膠墊，所述抵接柱的頂部開設有凹槽；所述抵接柱的底部轉動連接有連接柱，所述連接柱的底部固定安裝于所述壓板的頂部。

44、與相關技術相比較，本發明提供的獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的方法與裝置具有如下有益效果：

45、本發明提供獲取脈沖渦流探頭非接觸檢測位置和姿態的方法與裝置，不僅能夠獲取脈沖渦流探頭相對被檢構件的位置及姿態，還能獲取被檢區域的空間方位，不僅有利于檢測結果的修正，提高檢測精度和坑、裂紋等局部缺陷的檢出率，還有利于判斷當前檢測結果是否有效及檢測結果位置的標記，從而為后續處理提供精準的指導。

46、通過該方法和裝置，不僅能夠準確獲取脈沖渦流探頭相對被檢構件的位置和姿態，還能夠獲取脈沖渦流探頭所處被檢區域的空間方位。這種全面的信息獲取不僅有利于對檢測結果進行修正，提高檢測精度和對坑、裂紋等局部缺陷的檢測率，還有助于驗證當前檢測結果的有效性，并標記檢測結果位置，為后續處理提供準確的指導。

47、在結構設計方面，探頭外殼采用abs材料制成，不會對探頭發出的一次磁場、接收的二次磁場產生影響。整個雙目攝像頭由舵機連接，在工作時可以時刻根據攝像頭返回的畫面調整攝像頭使其畫面與管道保持平齊，便于更精準測量探頭與管道的相對位置。

48、在數據處理方面，各窄脈沖定位器之間互相發送窄脈沖定位介質，計算彼此之間的距離，通過三球面算法計算出標簽所在的空間位置，同時將一個基站放置在管道上，以其為原點建立坐標系，將其空間位置與管道相對位置聯系。光學定位器通過紋理燈，計算出整個管道探頭相對于管道的位置，對坐標進行修正。隨后將經過濾波和修正的坐標結合，并通過權重整合得到最終的坐標，在pc端上顯示。這種坐標整合方法使得探頭與管道之間的空間位置更加精確，更好地幫助信號繁衍，找到管道缺陷處。收集到的坐標數據經過兩次濾波處理，有效降低了由于管道遮擋信號而引起的數據噪聲，提升了檢測的準確性和可靠性。當探頭脫離視覺范圍或受到管道遮擋視線而導致權重偏差過大時，上位機將發出警報，丟棄權重過大的數據，直至權重恢復正常后再繼續在上位機顯示坐標，確保檢測過程的可靠性和連續性。

49、在具體實施過程中，因為脈沖以非接觸的方式實現對帶覆蓋層金屬構件的檢測，所以在檢測過程中，返回的結果信號會受到傳感器的姿態、角度的影響，我們了解精確的傳感器空間位置以及其姿態角度，有利于信號繁衍，根據傳感器的位置以及角度更精確地找到管道缺陷處。