CN106370602A - 利用无人机的大型结构物超声波检查方法及*** - Google Patents

利用无人机的大型结构物超声波检查方法及*** Download PDF

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Abstract

一种利用无人机的大型结构物超声波检查***，在大型结构物超声波检查***中，包括：激光束发生器10，其使向结构物照射而使得发生超声波的脉冲激光，向第1无人机20方向进行光缆传送或照射；第1无人机20，其配备激光方向调节手段21，向结构物一侧照射所述激光束发生器10传送的脉冲激光；超声波测量部40，其配备于所述第1无人机20或另一第2无人机30，以非接触式测量所述结构物发生的超声波或表面振动；数据分析部，其以所述超声波测量部40测量的结构物的超声波及振动相关数据为基础，分析结构物是否发生缺陷、结构物缺陷发生位置及缺陷形状。

Description

利用无人机的大型结构物超声波检查方法及***
技术领域
本发明涉及利用位置控制及飞行技术日益发展的无人机的大型结构物超声波检查方法及***。在本发明中，无人机是指操纵师不搭乘而借助于无线电波诱导便能够飞行与操纵的飞行器或直升机模样的无人机。
背景技术
公开专利10-2012-0028127公开一种配管内部结构物的超声波检查方法，包括：使接触式竖直探头位于作为被检体的配管的外部表面，朝向以流体填充的配管内部，入射超声波的步骤；所述竖直探头接收在所述配管与流体的界面反射的超声波信号，及当结合物存在于所述配管内部时，在该结构物的表面反射的信号的步骤；把所述竖直探头接收的反射信号传送到超声波探伤仪，在所述超声波探伤仪中显示反射信号的步骤；及分析所述超声波探伤仪中显示的反射信号，确认结构物是否在于配管内部及其位置的步骤。
就大型结构物而言，难以向结构物表面照射检查用激光脉冲，或在接近数十米高的结构物而计量超声波信号方面存在困难。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明旨在提供利用无人机的大型结构物超声波检查方法，可以针对具备激光反射镜的无人机，调整飞行位置，容易变更、选择朝向结构物的激光脉冲照射地点，可以使用加装于无人机的非接触式超声波计量手段，容易地获得大型高层结构物的超声波表面振动，可以容易地变更、选择结构物的数据取得地点。
旨在提供一种利用无人机的大型结构物超声波检查方法，利用无人机接近以往在超声波发生及超声波信号取得方面曾有困难的大型结构物，从而能够实现大型结构物的精密的缺陷检查。
(解决问题的手段)
本发明的利用无人机的大型结构物超声波检查方法包括：
激光束发生器在结构物的一侧，向停止飞行中的第1无人机光缆传送或照射脉冲激光的步骤；
第1无人机的激光方向调节手段向结构物的第1地点(P1)照射脉冲激光，利用由脉冲激光的热能导致的结构物局部热膨胀而发生超声波的步骤；
在结构物的一侧，停止飞行中的第1无人机或另一第2无人机配备的超声波测量部，以非接触式测量结构物的超声波或表面振动的步骤；
第1无人机或第2无人机把超声波测量部测量的结构物超声波或表面振动数据存储于数据存储部，或通过发送部，无线发送给数据分析部或管理***的步骤；
数据分析部以超声波测量部测量的结构物的超声波及振动相关数据为基础，分析结构物是否发生缺陷、结构物缺陷发生位置及缺陷形状的步骤。
优选第1无人机向结构物第1地点(P1)照射从激光束发生器传送的脉冲激光，所述超声波测量部配备于第2无人机，搭载所述超声波测量部的第2无人机测量位于第1地点(P1)周边并均一分布的测量点(T_i)的超声波或表面振动数据，存储于数据存储部，或通过发送部无线发送给数据分析部或管理***。
优选超声波测量部是在激光多普勒仪、激光干涉仪、激光振动仪、激光干涉仪、双光波混合干涉仪(TWM-PI,Two Wave Mixing Photorefractive Interferometer)、共焦法布里-珀罗干涉仪(CFPI,Confocal Fabry-Perot Interferometer)中选择的一种。
优选激光束发生器与超声波测量部利用一个时间基准实现同步。
(发明效果)
根据本发明，提供利用无人机的大型结构物超声波检查方法，可以针对具备激光反射镜的无人机，调整飞行位置，容易地变更、选择朝向结构物的激光脉冲照射地点，可以使用加装于无人机的非接触式超声波计量手段，容易地获得大型高层结构物的超声波表面振动，可以容易地变更、选择结构物的数据取得地点。
提供一种利用无人机的大型结构物超声波检查方法，利用无人机接近以往在超声波发生及超声波信号取得方面曾有困难的大型结构物，从而能够实现大型结构物的精密的缺陷检查。
附图说明
图1是本发明第一实施例的利用无人机的大型结构物超声波检查***整体构成图。
图2是本发明第二实施例的利用无人机的大型结构物超声波检查***整体构成图。
图3是本发明的利用无人机的大型结构物超声波检查方法流程图。
符号说明
10:激光束发生器
20:第1无人机
21:激光方向调节手段
23:数据存储部
25:发送部
30:第2无人机
40:声波测量部
具体实施方式
下面参照附图，对本发明一个实施例的利用无人机的大型结构物超声波检查方法及***进行详细说明。图1是本发明第一实施例的利用无人机的大型结构物超声波检查***整体构成图，图2是本发明第二实施例的利用无人机的大型结构物超声波检查***整体构成图，图3是本发明的利用无人机的大型结构物超声波检查方法流程图。
在本发明的利用无人机的大型结构物超声波检查方法中，首先执行a)激光束发生器10在结构物的一侧向停止飞行中的第1无人机20光缆传送或照射脉冲激光的步骤S10。在实施例中，激光束发生器10位于地上，激光束发生器10生成的激光束可以通过光缆、光纤传送给第1无人机20，但是也可以不这样，而是向第1无人机20的激光方向调节手段21直线照射。其中，激光方向调节手段21可以为光学反射镜(Mirrior)、光学透镜(凹透镜、凸透镜)。
然后，执行b)第1无人机20的激光方向调节手段21向结构物的第1地点P1照射脉冲激光，利用由脉冲激光的热能导致的结构物局部热膨胀而发生超声波的步骤S20。激光方向调节手段21为光学反射镜(Mirrior)、光学透镜(凹透镜、凸透镜)，使从地上竖直向上发送的激光束反射，方向转换为水平方向后，朝向前方反射、照射。激光方向调节手段21可以具备包括控制反射镜的角度的马达和角度调节手段的反射镜角度控制手段，以便能够精密控制传递的激光束的照射方向。脉冲激光的强度和脉冲频率及占空比(每个周期的On/Off时间相对比率)等，可以由设计者根据结构物的大小、材料照射面积等而适当调节。
由于脉冲激光的热能导致的结构物局部热膨胀，在结构物的表面发生超声波、超声波振动。此时，执行c)在结构物的一侧，停止飞行中的第1无人机20或另一第2无人机30配备的超声波测量部40，以非接触式测量结构物的超声波或表面振动的步骤S30。如上所述，超声波测量部40既可以加装于配备有激光方向调节手段21的第1无人机20，也可以不同于此，配备于另外的第2无人机30。
然后，执行d)第1无人机20或第2无人机30把超声波测量部40测量的结构物超声波或表面振动数据存储于数据存储部21，或通过发送部23无线发送给数据分析部或管理***的步骤S40。优选超声波测量部30是在激光多普勒仪、激光干涉仪、激光振动仪、激光干涉仪、双光波混合干涉仪(TWM-PI,Two Wave Mixing Photorefractive Interferometer)、共焦法布里-珀罗干涉仪(CFPI,Confocal Fabry-Perot Interferometer)中选择的一种。
其中，第1无人机20的激光方向调节手段21向一个施振点P1照射激光脉冲，超声波测量部40感知、测量施振点P1周边多个地点的结构物表面超声波振动(T-i)。相反，也可以向多个预先输入的坐标(位置)的多个施振点照射激光，在一个地点测量超声波表面振动，这由设计者根据振动、噪声数据原理、分析理论，根据情况而适当选择。
然后，执行e)数据分析部以超声波测量部40测量的结构物的超声波及振动相关数据为基础，分析结构物是否发生缺陷、结构物缺陷发生位置及缺陷形状的步骤S50。关于利用一个或多个施振点及其周边多个坐标地点的表面超声波数据而体现缺陷形状、掌握缺陷位置、判断有无缺陷的在本发明申请日之前公开的理论，视为记载于本发明的说明书。
在本发明的利用无人机的大型结构物超声波检查***中，优选第1无人机20向结构物第1地点P1照射激光束发生器10传送的脉冲激光，所述超声波测量部40配备于第2无人机20，搭载超声波测量部40的第2无人机20测量位于第1地点P1周边且均一地分布的测量点(T_i)的超声波或表面振动数据，存储于数据存储部23，或通过发送部25无线发送给数据分析部或管理***。
在本发明的利用无人机的大型结构物超声波检查***中，优选激光束发生器10与超声波测量部30利用一个时间基准实现同步。超声波测量部30可以具备多个感知手段，以便能够同时测量多个地点。当同步时，与激光脉冲照射同时，超声波测量部30以非接触式感知表面超声波振动。
本发明的利用无人机的大型结构物超声波检查***，在大型结构物超声波检查***中，包括：激光束发生器10，其使向结构物照射而使得发生超声波的脉冲激光向无人机20方向进行光缆传送或照射；第1无人机20，其配备激光方向调节手段21，向结构物一侧照射所述激光束发生器10传送的脉冲激光；超声波测量部40，其配备于所述第1无人机20或另一第2无人机30，以非接触式测量所述结构物发生的超声波或表面振动；数据分析部，其以所述超声波测量部40测量的结构物的超声波及振动相关数据为基础，分析结构物是否发生缺陷、结构物缺陷发生位置及缺陷形状。
取代内置型传感器，使用非接触式计量仪(激光干涉仪)计量超声波。作为非接触式计量仪的实施例，有激光振动仪、双光波混合干涉仪(TWM-PI,Two Wave MixingPhotorefractive Interferometer)、共焦法布里-珀罗干涉仪(CFPI,Confocal Fabry-Perot Interferometer)等。
一般而言，激光干涉仪是测量因结构物表面变位导致的光线相位变化，计量结构物表面变位及在结构物表面进行的超声波的装置。激光振动仪作为激光干涉仪的变形示例，在向结构物表面照射激光束后，测量借助于多普勒效应而反射的激光束的波长变化，测量结构物的表面速度，也能够计量超声波。双光波混合干涉仪是在结构物表面变位计量过程中，可以利用光折射介质去除低频信号而只测量高频信号的装置。共焦法布里-珀罗干涉仪是对借助于多普勒效应而反射的激光束的波长变化与干涉仪的固有共振波长进行比较来测量结构物的表面速度的装置。非接触式激光干涉仪不同于内置型传感器，不仅可以自由地决定计量地点，而且为非接触式，无需在结构物上安装传感器/电缆等，不对对象结构物产生影响，可以有效地计量。
如果从脉冲激光向结构物一侧照射激光束，则在螺旋桨叶上生成超声波。脉冲激光具有高能量，使照射的区域的温度局部上升，此时，由于膨胀，热能以超声波形态传播。脉冲激光可以照射不至于烧蚀螺旋桨叶表面的程度的高能量。
本发明就以上言及的优选实施例进行了说明，但本发明的范围并非限定于这种实施例，本发明的范围根据以下的权利要求书而确定，包括属于与本发明均等范围的多样的修订及变形。
需要指出的是，下面的权利要求书中记载的附图符号单纯用于辅助发明的理解，不影响权利范围的解释，不得根据记载的附图符号，缩窄解释权利范围。

Claims (5)

1.一种利用无人机的大型结构物超声波检查方法，其特征在于，包括：
步骤(S10)，激光束发生器(10)在结构物的一侧，向停止飞行中的第1无人机(20)光缆传送或照射脉冲激光；
步骤(S20)，第1无人机(20)的激光方向调节手段(21)向结构物的第1地点(P1)照射脉冲激光，利用由脉冲激光的热能导致的结构物局部热膨胀而发生超声波；
步骤(S30)，在结构物的一侧，停止飞行中的第1无人机(20)或另一第2无人机(30)配备的超声波测量部(40)以非接触式测量结构物的超声波或表面振动；
步骤(S40)，第1无人机(20)或第2无人机(30)把超声波测量部(40)测量的结构物超声波或表面振动数据存储于数据存储部(21)，或通过发送部(23)无线发送给数据分析部或管理***；
步骤(S50)，数据分析部以超声波测量部(40)测量的结构物的超声波及振动相关数据为基础，分析结构物是否发生缺陷、结构物缺陷发生位置及缺陷形状。
2.根据权利要求1所述的利用无人机的大型结构物超声波检查方法，其特征在于，
所述第1无人机(20)向结构物第1地点(P1)照射从激光束发生器(10)传送的脉冲激光，
所述超声波测量部(40)配备于第2无人机(20)，
搭载所述超声波测量部(40)的第2无人机(20)测量位于第1地点(P1)周边并均一分布的测量点(T_i)的超声波或表面振动数据，存储于数据存储部(23)，或通过发送部(25)无线发送给数据分析部或管理***。
3.根据权利要求1所述的利用无人机的大型结构物超声波检查方法，其特征在于，
所述超声波测量部(30)是在激光多普勒仪、激光干涉仪、激光振动仪、激光干涉仪、双光波混合干涉仪、共焦法布里-珀罗干涉仪中选择的一种。
4.根据权利要求1所述的利用无人机的大型结构物超声波检查方法，其特征在于，
所述激光束发生器(10)与超声波测量部(40)利用一个时间基准实现同步。
5.一种利用无人机的大型结构物超声波检查***，在大型结构物超声波检查***中，其特征在于，包括：
激光束发生器(10)，向第1无人机(20)方向进行光缆传送或照射脉冲激光；
第1无人机(20)，其配备激光方向调节手段(21)，向结构物一侧照射所述激光束发生器(10)传送的脉冲激光；
超声波测量部(40)，其配备于所述第1无人机(20)或另一第2无人机(30)，以非接触式测量所述结构物发生的超声波或表面振动；
数据分析部，其以所述超声波测量部(40)测量的结构物的超声波及振动相关数据为基础，分析结构物是否发生缺陷、结构物缺陷发生位置及缺陷形状。
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