CN108021143B - 无损检查ndi***和计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及无损检查NDI***和计算机可读存储介质。该无损检查NDI***包括：无人驾驶飞行器UAV，该无人驾驶飞行器UAV包括主体结构，该主体结构包括一个或更多个支撑结构，其中，所述一个或更多个支撑结构中的每一个均包括可释放端结构；以及一个或更多个无损检查NDI传感器，所述一个或更多个无损检查NDI传感器集成到相应可释放端结构。该无损检查NDI***还可以包括地点追踪***，该地点追踪***可以确定无人驾驶飞行器UAV和/或一个或更多个无损检查NDI传感器相对于被检查结构的位置、方位或这两者。

Description

无损检查NDI***和计算机可读存储介质
技术领域
本公开总体涉及用于执行检查活动的***和方法，更具体地涉及用于使得能够由无人移动交通工具(unmanned mobile vehicle)远程检查结构或物体的***和方法。
背景技术
结构的无损检查(“NDI:Non-destructive inspection”)涉及在不伤害结构或不需要结构的大量拆卸的情况下彻底检查结构。NDI对于需要结构的外部和/或内部的全面检查的许多应用是有利的。例如，NDI常在飞行器行业中用于对于对飞行器结构的任意类型的内部或外部损伤检查结构。结构中惯常无损检查的是复合结构。由此可见，频繁期望检查复合结构，以识别可能不利地影响复合结构的性能的瑕疵(诸如裂缝、空隙或有孔性)。在检查中提出重大挑战的结构的其他示例是：桥梁、水坝、堤岸、发电厂、电力线或电力网、水处理设施；炼油厂、化学加工厂、高层建筑物、与电气列车和单轨支撑结构关联的基础设施(仅仅举几个例子)。
各种类型的传感器可以用于执行NDI。一个或更多个传感器可以在要检查的结构上移动，并且接收与可以从其识别内部瑕疵的结构有关的数据。传感器所获取的数据通常由处理元件来处理，并且经处理的数据可以经由显示器呈现给用户。
结构和各种物体的基于在场人(In-person human)的检查可能耗时、昂贵、困难且常对于个人执行有危险。静态照相机(即，固定地点照相机)用于提供需要定期视觉检查的结构，或物体的定期照片遭遇有限的有效性。静态照相机具有环境的有限能见度。因此，检查大区域(诸如伸长数百米或更多的电力线)在不使用大量这种照相机的情况下是困难或不可能的。此外，一旦照相机安装在适当的位置，则它无法容易地靠近以修理或维护。照相机的安装可能需要它暴露到元件，这可能降低照相机的可靠性和/或操作成本。
如果修理或维护变得必要，则获得桥梁的结构部分的定期照片的、安装在桥梁顶部附近的静态照相机还可能难以由个人接近和/或该接近代价高。需要个人接近高高地安装在桥梁、水坝等的顶部上的照相机的动作还可能引起对承担这种任务的工人的人身安全的重大风险。
偶尔，基础设施可能需要检查，其中，由于环境、化学或生物元素，该检查将工人置于对他或她的健康的重大风险处。这种情况可能在制造设施内部发现，其中，需要进行在有害化合物可能存在的区域中的设施的一部分，或在其内运行的机器的定期例行检查。海上石油钻井平台的结构部分的检查将是：环境因素可以由人进行充满危险的平台的各种部分的检查的另一个示例。又一些结构(例如，位于山上的大型天线或望远镜)可能呈现由人进行的检查对个人安全呈现重大风险的情况。
在一些检查应用中，人驾驶的直升机已经用于检查各种基础设施。然而，人驾驶的直升机在资产成本(直升机、燃料以及维护)和操作成本(飞行员薪水)方面可能昂贵操作。另外，检查受飞行员和直升机的可用数量限制，并且在一些情况下可能有危险(诸如在下雨或尘暴期间)。同样，人驾驶的直升机或其他类型的交通工具的使用，在难以接近的一些地点中或在恶劣天气期间有时不是简单地可行的。
遥控(RC：Remote controlled)直升机成本更低，但需要熟练的操作员，由此用多个直升机检查大区域需要大量的高价熟练的操作员。另外，精确视觉检查和期间可以执行检查操作的持续时间可能由于熟练操作员和设备的可用数量而受限。
这些方法遭受另外的缺陷。当前，人驾驶的RC直升机仅可以视觉检查基础设施。由此，检查限于表面损伤的检测。此外，虽然装配GPS的人驾驶RC直升机可以提供对于视觉检查足够的地点的粗略估计，对于用于其他NDI检查方法而言但GPS追踪不够准确。
由此，行业中存在迄今为止未解决的需要，以解决前面提及的缺陷和不足。
发明内容
根据本示教的示例，提供了一种无损检查(“NDI”)***。***包括：无人驾驶飞行器(“UAV：unmanned aerial vehicle”)，该无人驾驶飞行器包括主体结构，主体结构包括一个或更多个支撑结构，其中，所述一个或更多个支撑结构中的至少一个可以包括可释放端结构；和一个或更多个NDI传感器，该一个或更多个NDI传感器集成到相应可释放端结构。
根据示例，UAV可以包括释放控制器，该释放控制器可操作为向一个或更多个支撑结构提供控制信号，以从可释放端结构释放一个或更多个NDI传感器。
根据示例，所述一个或更多个NDI传感器中的至少一个可操作为感测一个或更多个NDI感测模式。
根据示例，NDI***还可以包括系链，该系链可操作为向一个或更多个NDI传感器中的至少一个供电。
根据示例，所述一个或更多个NDI传感器可以包括安装机构，该安装机构可操作为将说话时一个或更多个NDI传感器固定到要检查的结构。
根据示例，NDI***还可以包括地点追踪***，该地点追踪***可操作为确定所述一个或更多个NDI传感器中的至少一个相对于结构的位置、方位或位置和方位这两者。
根据示例，安装机构是基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于夹具的或基于粘合剂的。
根据示例，UAV可以可操作为使用预定飞行路线移动，该预定飞行路线使用从追踪***获得的位置和方位数据来更新，或者使用遥控***来控制。
根据示例，所述一个或更多个NDI感测模式可以包括基于接触的NDI感测。
根据示例，所述一个或更多个NDI传感器可以包括以下各项中的至少一个：涡流传感器、超声传感器、声学传感器、机械阻抗传感器、光学传感器、X射线后向散射传感器、计算机断层扫描传感器、表面粗糙度传感器、IR热成像仪、微波传感器以及太赫兹传感器。
根据示例，所述一个或更多个支撑结构中的至少一个包括操纵臂。操纵臂可以包括夹具，其中，夹具可操作为相对于被检查的结构操纵一个或更多个所述NDI传感器。
根据示例，在数据收集期间所述一个或更多个NDI传感器可以相对于结构移动。
根据示例，所述一个或更多个支撑结构中的一个可以支撑结构构造有一个或更多个维护工具，其中，所述一个或更多个维护工具包括磨砂机、钻孔机、刷子、喷漆器、标记器、墨***机(ink stamp)、激光器或目标涂敷器。
根据本示教的示例，提供了一种无损检查(“NDI”)***。该***包括壳体，该壳体被构造为收容部件，这些部件包括：一个或更多个NDI传感器，所述一个或更多个NDI传感器可操作为测量结构的一个或更多个特性；安装机构，该安装机构可操作为将壳体固定到结构或从结构释放壳体；以及收发器，该收发器可操作为发送来自一个或更多个NDI传感器的测量数据，其中，壳体被调整大小为由无人驾驶飞行器(“UAV”)递送到结构的目标地点。
根据示例，所述一个或更多个NDI传感器可以包括以下各项中的一个或更多个：涡流传感器、超声传感器、声学传感器、机械阻抗传感器、光学传感器、X射线后向散射传感器、计算机断层扫描传感器、表面粗糙度传感器、IR热成像仪、微波传感器以及太赫兹传感器。
根据示例，安装机构可以是如下各项中的一个：基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的或基于夹具的。
根据示例，NDI***还可以包括电源，该电源可操作为向一个或更多个NDI传感器供电。
根据示例，NDI***还可以包括系链，该系链可操作为从在壳体外部的电源向一个或更多个NDI传感器供电，向/从NDI传感器发送和接收信号数据，并且充当安全/取回机制。
根据示例，NDI***还可以包括碰撞保护结构，该碰撞保护结构可操作为，为壳体的至少一部分提供碰撞保护。碰撞保护结构可以包括可充气结构或漂浮结构。
根据示例，NDI***还可以包括运动机构，该运动机构可操作为使壳体沿着结构的表面移动。
根据本示教的示例，提供了一种存储指令的非暂时计算机可读存储介质，在由处理器执行时这些指令使处理器执行用于结构的无损检查(“NDI”)的方法。该方法包括以下步骤：将无人驾驶飞行器(“UAV”)引导到结构的目标地点；将UAV或末端执行器物理地固定到目标地点；使用一个或更多个NDI传感器执行目标地点的NDI；以及从目标地点物理地释放UAV或末端执行器。
根据示例，该方法还可以包括以下步骤：在执行的步骤之前提供控制UAV的旋翼操作的控制信号。
根据示例，物理地固定的步骤可以是基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的、或基于夹具的。
根据示例，该方法还可以包括以下步骤：将一个或更多个NDI传感器中的至少一个部署到目标地点上。
根据示例，该方法还可以包括以下步骤：使用地点定位***来追踪相对于目标地点的位置、方位、或位置和方位这两者。
应理解，前面一般描述和以下详细描述如所要求保护的仅是是示例性和说明性的，并且不限制本公开。
附图说明
被包含在本说明书中且构成本说明书一部分的附图例示了本公开，并且连同描述一起用来说明本公开的原理。
图1例示了根据本公开的示例的***的第一实施方案；
图2例示了根据本公开的示例的***的第二实施方案；
图3例示了根据本公开的示例的***的第三实施方案；
图4是示出了根据本公开的示例的、可以由UAV部署的NDI装置的框图；以及
图5是可以由图1至图3的***执行的操作的流程图。
具体实施方式
现在将对本公开的示例性实施方案详细地进行参照，附图中例示了本公开的示例。在任何可能的情况下，相同的附图标记将贯穿附图来提及相同或类似的零件。在以下描述中，参照形成描述一部分的附图，并且在描述中用例示的方式示出了可以实践本公开的具体示例性实施方案。这些实施方案被足够详细地描述，以使得本领域技术人员能够实践本公开，并且应理解，可以使用其他实施方案，并且可以在不偏离本公开的范围的情况下进行变更。因此，以下描述仅是示例性的。
一般说来，本公开的示例描述了用于使得能够将无人驾驶飞行器(UAV：unmannedaerial vehicle)(还被称为无人机)用于超过用视觉或IR照相机进行的简单视觉检查的、结构(诸如桥梁、船舶等)的远程NDI的方法和***。UAV包括一个或更多个支撑结构，所述一个或更多个支撑结构在一端处附接或集成到UAV，并且在另一端处支撑一个或更多个NDI装置。所述一个或更多个支撑结构可以具有固定长度，或可以是在处于收缩状态时具有第一长度且在伸展状态下具有更长长度的伸缩构件。UAV还可以启用维护活动(诸如用于定期远程检查的给位置加标签)。还可以使粘性标签、油漆等附着，以便将来进行参照，或者启用3D可视化。用于交通工具和传感器定位的非机载追踪***提供用于导航的UAV的准确地点和检查地点、以及与结构的3D模型的相关。各种***和方法可以用于将UAV和/或NDI装置保持在要检查的结构的表面上，包括但不限于基于：磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的、或基于夹具的。在一些示例中，可以组合使用这些附接结构中的不只一个。在基于磁性的方法中，电永久(“EP：Electro-Permanent”)磁铁可以用电脉冲来启用，并且可以在不使用电力的情况下保持通电。在基于真空的方法中，UAV可以包括一个或更多个电力导管风扇，所述一个或更多个电力导管风扇被构造为在各抽吸区域处产生各吸力(如在背景示例标题为“Holonomic motion vehicle for travel on non-level surfaces,”的美国第8738226号专利中描述的，该专利与本申请共同拥有)。在基于静电的方法中，在基材(例如，被检查的结构的表面)与一个支撑结构或NDI装置的电粘着表面之间使用静电力。在该方法中，由布置在聚合物表面上的导电电极组成电粘着垫。当在相邻电极上感应交替的正电荷和负电荷时，电场在基板上设置相反的电荷，由此引起电极与基板上所感应电荷之间的静电粘着。在基于粘合剂的方法中，可以通过继续拉标签来从表面分离粘胶水，或可去除胶水垫。同样，可以使用可以开关(switched on and off)的胶水，这意指可以通过使得粘性变化的结构出现来使得胶水为粘性或非粘性的。在基于夹具的方法中，一个或更多个支撑结构可以包括具有一个或更多个夹紧部的端部，所述一个或更多个夹紧部在被启动时可以开闭，以物理地保持到被检查的结构的一部分上。
在一个示例操作中，装配有由一个或更多个支撑结构(诸如操纵臂)支撑的一个或更多个NDI装置的UAV飞到被检查的结构的目标区域。UAV操作员诸如通过伸展操纵臂这样来命令UAV将NDI装置定位到目标区域上。NDI装置可以具有固定机构(诸如用于铁磁结构的基于磁性的装置，例如EP磁铁，和/或用于非铁磁结构的基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的、基于夹具的装置)。EP磁铁可以用电脉冲来启用，然后可以在不使用电力的情况下保持通电。当EP磁铁通电时，UAV在它与目标区域接触且支撑UAV的重量时，可以物理地固定到目标区域上。在被物理地固定到目标区域之后，然后可以关闭(停止转动)UAV上的旋翼，其中，UAV现在处于稳定的固定位置中。然后可以启动NDI装置来取得检查读数。可以由可以确定UAV在被检查的结构的坐标系方面的地点的非机载追踪***(诸如局部定位***(“LPS”))，来测量UAV的3D地点。一旦NDI检查完成，则可以启动UAV的旋翼，停用固定机构，并且UAV飞走，或飞到下一检查地点，并且重复过程。照相机或装配有照相机的装置(像智能电话)可以附接到UAV，以辅助***的方面的引导或操作。
在另一个示例操作中，自包含(self-containe)NDI装置可以由UAV脱落(dropped-off)。在该示例中，装配有一个或更多个自包含NDI装置的UAV飞到要检查的结构的第一目标区域，并且操作员命令UAV将NDI装置中的一个附接到第一目标区域，然后飞走(或飞到第二目标区域，并且重复脱落过程)。自包含NDI装置包含允许NDI装置附接到目标区域的固定机构(即，基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的或基于夹具的)。在磁性(EP磁铁)示例中，NDI装置能够用单个电脉冲附接，然后在不使用电力的情况下保持通电。NDI装置可以是无线的，并且包含一个或更多个NDI传感器，并且可以包含其他可控元件。在NDI装置由UAV置于目标区域上之后，可以由可以确定NDI装置在被检查的结构的坐标系方面的地点的非机载追踪***(即，LPS)来测量NDI装置的3D地点。一旦NDI检查完成，则可以停用固定机构(诸如断开EP磁铁)，并且NDI装置离开目标区域，并且由操作员取回。在该示例中，可以由在单个飞行中的UAV来放置多于一个自包含NDI装置。在一些情况下，NDI装置可以由UAV直接放置在由UAV检查的结构上，在其他情况下，UAV可以发射自包含NDI装置(像抛射体)，以使得它能够将手头的NDI装置附接为达到结构上的地点。自包含NDI装置可以包含：在执行任务或在它从目标物体释放时防止对装置的损坏中可以有用的其他特征。例如，NDI装置可以包含允许它在表面上移动的小轮或轨道(将其转到迷你履带中)。NDI装置还可以包含可充气部件，该可充气部件可以由无线命令充气，可以使NDI装置在落下期间免于损坏(或使可能位于装置下方的其他人免于损伤)，或者如果NDI装置降落在水中，则允许它漂浮。
参照图1，示出了根据本公开的示例的、用于检查结构的***100。***100包括无人移动交通工具105，该无人移动交通工具可以用于在需要定期检查的结构110周围移动。在该示例中，无人移动交通工具被例示为无人驾驶飞行器，更具体地被例示为无人旋翼飞行器(unmanned rotorcraft)(下文中之后被简称为“UAV”105)，但将理解，其他形式的无人交通工具(诸如无人陆地交通工具和无人轮船)(水面和水下这两者)可以容易地适于与本***100一起使用。同样，虽然目标结构110被例示为工字梁，但***100同样良好地适于用于检查宽范围的其他结构(包括但不限于电力线、发电设施、电网、水坝、堤坝、体育场、大型建筑物、大型天线和望远镜、水箱、容器、水处理设施、炼油厂、化学加工厂、高层建筑物以及与电气列车和单轨支撑结构关联的基础设施)。***100还特别良好地适于用于大型建筑物(诸如制造设施和仓库)内部。事实上，由人驾驶的交通工具或RC交通工具检查困难、昂贵或太危险的任意结构，潜在上可以使用***100来检查。
UAV 105包括上面设置有一个或更多个支撑结构120的主体结构115。一个或更多个支撑结构120在一端处附接到主体结构115，并且在第二端处与一个或更多个NDI装置125集成。在一些示例中，一个或更多个支撑结构120中的至少一个包括操纵臂，其中，操纵臂包括夹具(gripper)，其中，夹具可操作以相对于被检查的结构110操纵一个或更多个NDI装置125。在一些示例中，一个或更多个支撑结构120和/或操纵臂中的至少一个可以构造有一个或更多个维护工具，其中，所述一个或更多个维护工具包括：磨砂机、钻孔机、刷子、喷漆器、标记器、激光器、激光标记***、墨***机或目标涂敷器。
一个或更多个NDI装置125可以包括一个或更多个传感器(包括但不限于：涡流传感器、超声传感器、声学传感器、机械阻抗传感器、光学传感器、X射线后向散射传感器、计算机断层扫描传感器、表面粗糙度传感器、IR热成像仪、微波传感器、以及太赫兹传感器)。
一个或更多个NDI装置125可以包括固定机构，该固定机构将一个或更多个NDI装置125和/或UAV 105物理地保持在要检查的结构110的表面上(包括但不限于基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的或基于夹具的)。在基于磁性的方法中，EP磁铁可以用电脉冲来启用，并且可以在不使用电力的情况下保持通电。在可以在粘合剂干燥时与基于粘合剂的方法组合的、基于真空的方法中，UAV可以如在美国第8738226号专利中描述的那样包括机载真空生成***，该机载真空生成***可以包括一个或更多个马达驱动叶轮单元。马达旋转的速度确定所生成的真空量，并且受马达控制器单元控制，由操作员或来自控制工作站站点的自动化控制***来命令该马达控制器单元。真空附接***还可以包括：允许***在不丢失太多吸气的情况下在小物体上滑动的导管和自动平整裙缘(或圆盘)。在基于静电的方法中，在基材(例如，被检查的结构的表面)与一个支撑结构或NDI传感器的电粘着表面之间使用静电力。在该方法中，由布置在聚合物表面上的导电电极组成电粘着垫。当在相邻电极上感应交替的正电荷和负电荷时，电场在基板上设置相反的电荷，由此引起电极与基板上所感应电荷之间的静电粘着。在基于粘合剂的方法中，可以通过继续拉标签，来从表面分离粘胶水或可去除胶水垫。同样，可以使用可以开关的胶水，这意指可以通过使得粘性变化的结构出现，来使得胶水为粘性或非粘性的。在基于夹具的方法中，一个或更多个支撑结构可以包括具有一个或更多个夹紧部的端部，所述一个或更多个夹紧部在被启动时可以开闭，以物理地保持到被检查的结构的一部分上。
关于基于磁性的方法，一个或更多个NDI装置125可以包括固定机构，该固定机构主动控制耦合磁铁之间的吸力(诸如在背景示例标题为“Adaptive Magnetic CouplingSystem,”的美国第9156321号专利中描述的，该专利由与本申请相同的受让人共同拥有)。在该示例中，一个或更多个NDI装置125可以可操作以通过主动调节用于将一个或更多个NDI装置125耦合到结构110的磁铁之间的吸力的大小，来自动适应结构110的可变厚度。
在一些示例中，一个或更多个NDI装置125一旦由UAV 105部署，则可以可操作，以使用可以与表面啮合以促进移动的一个或更多个运动机构(诸如使用轨道、轮子、有关节的臂等)，来沿着或围绕结构110的表面移动。运动可以使用至少固定机构(诸如通过以受控方式选择性打开和关闭固定机构)来完成。例如，使用基于磁性的方法，一个或更多个NDI装置125可以在结构110的可变厚度表皮上移动，其中，传感器数据由控制***用于确定一个或更多个NDI装置125与结构110之间的适当吸力，该吸力使得磁性耦合***能够自动适应可变表皮厚度。在一些示例中，背景示例标题为“Holonomic Motion Vehicle for Travel onNon-Level Surfaces,”的美国第8738226号专利(该专利与本申请被共同拥有)的示教可以用于促进一个或更多个NDI装置125的移动。在该示例中，一个或更多个NDI装置125可以具有框架，该框架具有四个(或四的倍数个)麦克纳姆(Mecanum)轮，其中，各轮由相应的独立受控马达来驱动，并且还具有多个(例如，两个)独立受控的抽吸装置。麦克纳姆轮启用完整(holonomic)的动作，而抽吸装置促进非水平(non-level)表面上的动作的足够精确的控制。
在一些示例中，UAV 105可以包括机载***，该机载***能够根据预编程的飞行计划来导航UAV 105，并且能够使得能够获得用于被检查的结构110的检查数据。在一些示例中，UAV 105可以通过操作员使用无线UAV控制130来沿着飞行路线135飞行。UAV 105可以使用背景示例标题为“Closed-Loop Feedback Control Using Motion Capture System,”的美国第7643893号专利(该专利与本申请共同拥有)的示教来控制。可以使用闭环反馈控制***来控制UAV 105，该闭环反馈控制***使用动作捕捉***。***可以包括动作捕捉***，该动作捕捉***被构造为随着UAV 105在控制体积内操作，而测量UAV 105的一个或更多个动作特性。处理器从动作捕捉***接收所测量的动作特性，并且基于所测量的动作特性来确定控制信号。位置控制***接收控制信号，并且连续调节UAV 105的至少一个动作特性，以便维持或实现期望的动作状态。UAV 105可以装配有被动反向反射标记器。动作捕捉***、处理器、以及位置控制***组成完整的闭环反馈控制***。
检查数据可以包括来自一个或更多个传感器的数据。检查数据还可以包括照片、视频或音频数据。由UAV 105承载的预编程飞行计划使得UAV 105能够遵循结构110的一部分周围的飞行路线。在一些示例中，可以使用多于一个UAV 105，并且宿舍多于一个UAV 105可以形成：可以被视为“一群”交通工具的形式，多得很一***通工具可以在比单个UAV更少的时间内启用结构110的各种区域的检查，否则可能对于人驾驶的交通工具而言检查困难、昂贵和/或有危险。
***100还可以包括用于从UAV 105接收无线通信的远程检查站140。远程检查站140可以包括天线和用于由检查技术人员或操作员观察的计算机控制***。远程检查站140可以用于发送命令或监测UAV 105的各种操作性能参数(诸如剩余燃油、剩余电池电量等)。远程检查站140还可以用于生成改变UAV 105的飞行路线的命令。
远程检查站140可以包括LPS 145。在一些示例中，LPA145可以使用背景示例标题为“Local Positioning System and Method”的美国第8044991号专利和/或背景示例标题为“Method Involving a Pointing Instrument and a Target Object,”的美国第7859655号专利(这两个专利由本申请的同一受让人拥有)的示教。
在如美国第7859655号专利描述的一个示例中，LPS 145可以包括视频照相机、激光测距仪、机动化的和所测的平移和倾斜轴(pan and tilt axe)、以及与LPS 145通信的计算机(即，远程检查站140)。LPS 145可以使用如下方法，该方法用于使用指向仪器(诸如激光测距仪150)来确定感兴趣的点在目标物体(诸如结构110)的表面上的位置，该目标物体具有目标物体坐标系，该指向仪器具有目标点轴，且具有仪器坐标系，并且LPS 145除了将平移和倾斜角用于各个目标点之外，还将由激光测距仪150测量的距离用于各个目标点。该方法可以包括以下步骤：在仪器的目标点轴依次与目标物体表面上的三个校准点中的每一个对齐时，测量目标点轴在仪器坐标系中的方位，其中，已知三个校准点在目标物体坐标系中的位置。该方法还包括以下步骤：测量大致沿着目标点轴从仪器到三个校准点中的每一个的距离。该方法还包括以下步骤：使用与三个校准点对应的在仪器坐标系中的所测量方位和距离以及三个校准点在目标物体坐标系中的已知位置来计算校准矩阵(有时提及照相机位姿矩阵)，该校准矩阵将在仪器坐标系中定义的位置，变换成在目标物体坐标系中定义的位置。该方法还包括以下步骤：在仪器的目标点轴与感兴趣的点对准时，测量目标点轴在仪器坐标系中的方位。该方法还包括以下步骤：至少使用与感兴趣点对应的、目标点轴在仪器坐标系中的所测量方位、校准矩阵以及大致沿着目标点轴从仪器到感兴趣点的距离和目标点表面在目标点坐标系中的模型中的至少一个，来计算感兴趣点在目标物体坐标系中的位置。该方法还包括以下步骤：存储所计算的位置。
在如在美国第7859655号专利所述的另一个示例中，LPS 145可以使用如下方法，该方法用于确定指向仪器(诸如激光测距仪150)的目标点轴的方位，该指向仪器具有用于使仪器的目标点轴与目标物体(诸如结构110)的表面上的感兴趣点对齐的仪器坐标系，该目标物体具有目标物体坐标系，其中，已知感兴趣点在目标物体坐标系中的位置。该方法包括以下步骤：计算逆校准矩阵，该逆校准矩阵将在目标物体坐标系中定义的位置，变换成在仪器坐标系中定义的位置。该方法还包括以下步骤：至少使用逆校准矩阵、感兴趣点在目标物体坐标系中的位置以及仪器的逆运动学，来计算仪器的目标点轴在仪器坐标系中的方位。该方法还包括以下步骤：将仪器的目标点轴定向到所计算的方位。
在如在美国第7859655号专利所述的又一个示例中，LPS 145可以使用如下方法，该方法用于控制激光器(诸如激光测距仪150)的激光束的方位，该激光器具有用于使激光束追踪目标物体(诸如结构110)的表面上的图像的仪器坐标系，该目标物体具有目标物体坐标系，其中，已知用于目标物体表面上的图像的点在目标物体坐标系中的位置。该方法包括以下步骤：计算逆校准矩阵，该逆校准矩阵将在目标物体坐标系中定义的位置，变换成在仪器坐标系中定义的位置。该方法还包括以下步骤：至少使用逆校准矩阵、用于目标物体表面上的图像的点在目标物体坐标系中的位置、以及仪器的逆运动学，来计算激光器的激光束在仪器坐标系中的方位。该方法还包括以下步骤：将激光束定向到所计算的方位，以追踪在目标物体表面上的路径。
在如美国第8044991号专利所述的又一个示例中，LPS 145可以包括视频照相机、激光指示器、机动化和所测的平移和倾斜轴、以及与由视频照相机看见且具有目标物体坐标系的LPS 145通信的计算机(即，远程检查站140)。计算机适于定义视频照相机相对于目标物体的相对位置和方位，确定视频照相机在目标物体坐标系中的位置和方位，并且确定感兴趣点在目标物体坐标系中的位置。该***还可以用于使照相机瞄准目标物体上之前记录的感兴趣点。局部定位***可以包括视频照相机，该视频照相机可以具有自动化(遥控)缩放能力，并且可以另外包括促进点在视频照相机的光学像场显示器内的精确定位的一体十字光标生成器。描述照相机相对于视频照相机的固定坐标系的方位的方向向量，从方位角和仰角以及在照相机瞄准感兴趣点时十字光标标记的中心在光场中的位置来确定。该方向向量可以被当作从照相机的镜头开始延伸，且与目标物体上的位置相交的线。三维本地化软件可以加载到计算机上。3D本地化软件可以使用目标物体上有相当距离的多个校准点，来定义视频照相机相对于目标物体的地点(位置和方位)。在一些应用中，3D本地化软件可以使用目标物体上的多个校准点，结合与视频照相机关联的平移和倾斜数据来定义视频照相机相对于目标物体的相对位置和方位。校准点可以为如从其他3D CAD模型或其他测量技术确定的、目标物体在局部坐标系中的已知位置的可见特征。校准点可以与来自平移和倾斜机构(pan-tilt mechanism)的方位角和仰角合作地，用于解决相对于目标物体的照相机位置和方位。一旦确定了视频照相机相对于目标物体的位置和方位，则计算机可以***作为将视频照相机的光学像场旋转并缩放到目标物体上的未知位置的期望地点。在方向向量的该位置处，可以记录视频照相机的方位(该方位可以包括视频照相机沿着方位轴和仰角轴的角度)。通过使用来自平移和倾斜单元的方位角和仰角以及在校准处理中确定的照相机的相对位置和方位，可以相对于目标物体的坐标系确定感兴趣点的地点。还可以执行可以在目标物体的坐标系中(从之前的数据获取部分、CAD模型或其他测量)知道感兴趣点的位置的反转处理。在这种情况下，LPS 145可以被置于校准点可见的工作区域的任何地点中(该LPS可以处于与记录初始数据的地点不同的地点中)。从感兴趣点到照相机的方向向量可以在目标物体的坐标系中计算。照相机位姿变换矩阵的逆矩阵可以用于将方向向量转换成照相机的坐标系。然后可以计算方位角和仰角，并由平移和倾斜单元使用方位角和仰角来使照相机瞄准目标物体上的感兴趣点。在一些应用中，至少一个(诸如三个，例如)激光指示器可以安装在照相机上并与方向向量对齐。至少一个激光指示器可以针对视频***的瞄准或方向在目标物体上提供视觉指示。因为从激光指示器发出的激光束(未示出)与目标物体的交叉为肉眼可见，所以由激光指示器提供的该看见特征可以有助于目标物体和/或UAV 105的主体结构上的辅助位置校准点和感兴趣点的快速选择。在通过示出目标物体上的地点来召回目标物体坐标系中的点(这些点可以为之前的修理地点或其他感兴趣点)时，激光指示器的使用也可以是有利的。
在一些示例中，可以使用无线UAV控制器130，和/或使用可以与无线UAV控制器130和/或LPS 145和/或远程检查站140集成的计算机控制元件，受直接手动控制来控制UAV105。
参照图2，示出了根据本公开的示例的、用于检查结构的***200。***200类似于图1的***100，其差异为一个或更多个支撑结构220的结构、附接装置、NDI装置225地点、以及配重230的增加。在该示例中，一个或更多个支撑结构220中的至少一个设置在UAV 205的主体结构215的纵轴中。一个或更多个NDI装置225可以集成在支撑结构220的一端处，并且配重230(可以是电池或包括电池)可以设置在另一端处。
参照图3，示出了根据本公开的示例的、用于检查结构的***300。***300包括UAV305，该UAV设置有可操作以支撑一个或更多个NDI装置325的一个或更多个支撑结构320，所述一个或更多个NDI装置可以集成在支撑结构320的一端处。***300类似于图1的***100，其差异为一个或更多个NDI装置325可以从一个或更多个支撑结构320分离，并且使用这里所描述的一个或更多个固定机构物理地固定到结构110的目标地点上。一旦一个或更多个NDI装置325固定到目标地点，则UAV 305然后可以被引导到另一个目标地点(在该另一个目标地点处，另一个NDI装置325可以部署到结构110上)，或可以被引导为返回给操作员的、结构110。在一些示例中，一旦NDI装置325已经完成它们的数据收集，则UAV 305可以被引导为取回一个或更多个NDI装置325，或者一个或更多个NDI装置325可以经由操作员控制分离或以其他方式编程为与结构110脱离，并且从结构110落下。
在图1至图3的示例中，UAV 105和/或NDI装置125、225、335与结构110对接或物理地固定到结构110时，提供给NDI装置125、225、335相对于结构的位置稳定性，这允许NDI装置获取要执行的损坏和时间依赖感测(像IR热成像仪)的更高空间分辨率。可以用UAV 105、205、305的接触，和/或使用与结构110接触的、如图2所示的构件235，来实现位置稳定性。
参照图4，示出了根据本公开的示例的、可以由UAV 105部署的NDI装置405。可以为NDI装置125、225、325的NDI装置405包括：一个或更多个NDI传感器410，其可操作以检测一个或更多个基于接触的、基于非接触的或这两者的感测模式。NDI装置405可以被调整大小为为由UAV 105、205、305承载。例如，一个或更多个NDI传感器410可以包括但不限于：涡流传感器、超声传感器、声学传感器、机械阻抗传感器、光学传感器、X射线后向散射传感器、计算机断层扫描传感器、表面粗糙度传感器、IR热成像仪、微波传感器以及太赫兹传感器。NDI装置405还可以可选地包括全部经由通信总线440连接的电源415、固定/分离机构420、收发器425、控制器430以及运动机构435。例如，电源415可以向NDI装置405的一个或更多个子***供电。在一些示例中，由连接到UAV 105、205、305的系链(tether)来提供另外的电力或总电力可以。可选的系链还可以用于向和从一个或更多个NDI传感器410发送和结构命令或数据信号，而且提供用于***的安全和收回机构。固定/分离机构420可以包括这里所公开的一个或更多个固定机构，并且还可以包括允许NDI装置405与结构110分离且经由漂浮机构免于碰撞的分离机构。收发器425可以被构造为向无线UAV控制器130和/或远程检查站140，提供来自一个或更多个NDI传感器410的地点和/或测量数据。控制器430可以用控制NDI装置405的一个或更多个子***的指令来编程，和/或经由收发器425与无线UAV控制器130和/或远程检查站140进行通信。运动机构435可以可操作，以使NDI装置405沿着或围绕这里所公开的结构110的表面移动。
参照图5，例示了阐述了***100、200、300的一个示例性实施方案的操作的方法500。方法500可以在存储操作的非暂时计算机可读存储介质中具体实施，这些操作在由处理器执行时，使得处理器执行用于结构的NDI的方法。在操作505处，将具有一个或更多个NDI装置405的UAV 105、205、305引导到结构110的目标地点。例如，UAV 105、205、305可以包括机载***，该机载***能够根据预编程飞行计划来导航UAV 105、205、305，并且使得能够获得用于被检查的结构110的检查数据，和/或UAV 105、205、305可以通过操作员使用无线UAV控制器130而沿着飞行路线135飞行。在510处，将UAV 105、205、305和/或末端执行器(诸如至少一个支撑结构120、220、235、320或操纵臂)物理地固定到结构的目标地点。在一些示例中，UAV 105、205、305在NDI测试期间保持物理地固定到结构110。在该示例中，控制信号可以由无线UAV控制器130来提供，或者由控制器430来提供，以在执行NDI测试之前停止UAV的旋翼。在另一个示例中，UAV 105、205、305可以将一个或更多个NDI装置405物理地附接到结构110，并且在部署之后飞走。在515处，NDI装置405使用一个或更多个NDI传感器410执行目标地点的一个或更多个NDI测试。在520处，从目标地点释放UAV 105、205、305或末端执行器。
进一步地，公开包括根据以下条款的实施方式：
1.一种无损检查(“NDI”)***，该***包括：
无人驾驶飞行器(“UAV”)，该无人驾驶飞行器包括主体结构，主体结构包括一个或更多个支撑结构，其中，一个或更多个支撑结构中的每一个均包括可释放端结构；以及
一个或更多个NDI传感器，该一个或更多个NDI传感器集成到相应的可释放端结构。
2.根据条款1的NDI***，其中，UAV包括释放控制器，该释放控制器可操作为向一个或更多个支撑结构提供控制信号，以从可释放端结构释放一个或更多个NDI传感器。
3.根据条款1的NDI***，其中，一个或更多个NDI传感器中的至少一个可操作为感测一个或更多个NDI感测模式。
4.根据条款1的NDI***，所述NDI***包括系链，该系链可操作为提供以下各项中的一个或更多个：到一个或更多个NDI传感器中的至少一个的电力，到一个或更多个NDI传感器中的至少一个的控制信号；和安全和取回机制。
5.根据条款1的NDI***，其中，一个或更多个NDI传感器包括安装机构，该安装机构可操作为将一个或更多个NDI传感器固定到要检查的结构。
6.根据条款5的NDI***，所述NDI***还包括地点追踪***，该地点追踪***可操作为使用结构的坐标系来确定一个或更多个NDI传感器中的至少一个相对于结构的位置、方位、或位置和方位这两者。
7.根据条款5的NDI***，其中，安装机构是基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于夹具的或基于粘合剂的。
8.根据条款1的NDI***，其中，UAV可操作为使用预定飞行路线移动，该预定飞行路线使用从追踪***获得的位置和方位数据来更新，或者使用遥控***来控制。
9.根据条款3的NDI***，其中，一个或更多个NDI感测模式包括基于接触的NDI感测。
10.根据条款1的NDI***，其中，一个或更多个NDI传感器包括以下各项中的至少一个：涡流传感器、超声传感器、声学传感器、机械阻抗传感器、光学传感器、X射线后向散射传感器、计算机断层扫描传感器、表面粗糙度传感器、IR热成像仪、微波传感器以及太赫兹传感器。
11.根据条款1的NDI***，其中，一个或更多个支撑结构中的至少一个包括操纵臂。
12.根据条款11的NDI***，其中，操纵臂包括夹具，其中，夹具可操作为相对于被检查的结构来操纵一个或更多个NDI传感器。
13.根据条款5的NDI***，其中，在数据收集期间，一个或更多个NDI传感器相对于要检查的结构移动。
14.根据条款1的NDI***，其中，一个或更多个支撑结构中的一个支撑结构构造有一个或更多个维护工具，其中，一个或更多个维护工具包括磨砂机、钻孔机、刷子、喷漆器、标记器、墨***机、激光器或目标涂敷器。
15.一种无损检查(“NDI”)***，该***包括：
壳体，该壳体被构造为收容部件，这些部件包括：
一个或更多个NDI传感器，所述一个或更多个NDI传感器可操作为测量结构的一个或更多个特性；
安装机构，该安装机构可操作为将壳体固定到结构或释放壳体；以及
收发器，该收发器可操作为发送来自一个或更多个NDI传感器的测量数据，其中，壳体被定尺为由无人驾驶飞行器(“UAV”)递送到结构的目标地点。
16.根据条款15的NDI***，其中，一个或更多个NDI传感器包括以下各项中的一个或更多个：涡流传感器、超声传感器、声学传感器、机械阻抗传感器、光学传感器、X射线后向散射传感器、计算机断层扫描传感器、表面粗糙度传感器、IR热成像仪、微波传感器以及太赫兹传感器。
17.根据条款15的NDI***，其中，安装机构是如下各项的中的一个：基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的、或基于夹具的。
18.根据条款15的NDI***，所述NDI***还包括电源，该电源可操作为向一个或更多个NDI传感器供电。
19.根据条款15的NDI***，所述NDI***还包括系链，该系链可操作为提供以下各项中的一个或更多个：到一个或更多个NDI传感器中的至少一个的电力；到一个或更多个NDI传感器中的至少一个的控制信号；和安全和取回机制。
20.根据条款15的NDI***，所述NDI***还包括碰撞保护结构，该碰撞保护结构可操作为，为壳体的至少一部分提供碰撞保护。
21.根据条款20的NDI***，其中，碰撞保护结构包括可充气结构或漂浮结构。
22.根据条款15的NDI***，所述NDI***还包括运动机构，该运动机构可操作为使壳体沿着结构的表面移动。
23.一种存储指令的非暂时计算机可读存储介质，在由处理器执行时，指令使处理器执行用于结构的无损检查(“NDI”)的方法，该方法包括以下步骤：
将无人驾驶飞行器(“UAV”)引导到结构的目标地点；
将UAV或末端执行器物理地固定到目标地点；
使用一个或更多个NDI传感器执行目标地点的NDI；以及
从目标地点物理地释放UAV或末端执行器。
24.根据条款23的非暂时计算机可读存储介质，其中，该方法还包括以下步骤：在执行的步骤之前提供停用UAV的旋翼的控制信号。
25.根据条款23的非暂时计算机可读存储介质，其中，物理地固定的步骤是基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的、或基于夹具的。
26.根据条款23的非暂时计算机可读存储介质，其中，该方法还包括以下步骤：将一个或更多个NDI传感器中的至少一个部署到目标地点上。
27.根据条款23的非暂时计算机可读存储介质，其中，该方法还包括以下步骤：使用地点定位***来追踪相对于目标地点的位置、方位、或位置和方位这两者。
为了简单和例示性目的，通过主要提及本示教的原理的示例实施方案来描述本示教的原理。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，相同的原理同样可应用于所有类型的信息和***且可以在所有类型的信息和***中实施，并且认识到，任何这种变体不偏离本示教的真实精神和范围。而且，在前面的详细描述中，对例示了具体示例实施方案的附图进行参照。可以在不偏离本示教的精神和范围的情况下对示例实施方案进行电气、机械、逻辑以及结构变更。因此，前面的详细描述不在限制的意义上采取，并且本示教的范围由所附权利要求及其等同物来限定。
这里所用的术语和描述仅用例示的方式来阐述且不意指限制。例如，虽然已经以从上到下的方式描述了方法，但方法的步骤可以按与所例示不同的顺序或同时执行。此外，就术语“包括”、“具有”或其变体用于详细描述或权利要求二者之一中来说，这种术语旨在以与术语“包括”类似的方式为包括的。如这里所用的，关于物品的列表的术语“一个或更多个”(诸如，例如，A和B)意指单独A、单独B、或A和B。本领域技术人员将认识到，这些和其他变体是可以的。
与本示教一致的其他实施方案从这里所公开的本公开的规范和实践的考虑将对本领域技术人员显而易见。本发明的意图在于规范和示例被认为仅是示例性的，本公开的真实范围和精神由所附权利要求来指示。

Claims (15)

1.一种无损检查NDI***，所述无损检查NDI***包括无人驾驶飞行器UAV以及一个或更多个无损检查NDI装置，其中：
所述无人驾驶飞行器UAV包括主体结构，所述主体结构包括一个或更多个支撑结构，所述一个或更多个支撑结构被配置成支撑所述一个或更多个无损检查NDI装置，所述一个或更多个无损检查NDI装置能够从所述一个或更多个支撑结构释放；
所述无损检查NDI***还包括一个或更多个无损检查NDI传感器(410)，所述一个或更多个无损检查NDI(410)传感器集成到所述一个或更多个无损检查NDI装置；
所述一个或更多个无损检查NDI传感器(410)包括安装机构，该安装机构可操作为将所述一个或更多个无损检查NDI传感器固定到要检查的结构(110)；
其中，当装备有所述一个或更多个无损检查NDI装置的无人驾驶飞行器UAV飞到要检查的结构(110)的目标地点时，所述一个或更多个无损检查NDI装置从所述无人驾驶飞行器UAV的所述一个或更多个支撑结构分离，并通过所述安装机构物理地固定到所述目标地点，并且所述无人驾驶飞行器UAV飞走。
2.根据权利要求1所述的无损检查NDI***，其中，所述无人驾驶飞行器UAV包括释放控制器，该释放控制器可操作为，向所述一个或更多个支撑结构提供控制信号，以从所述一个或更多个支撑结构释放所述一个或更多个无损检查NDI传感器(410)。
3.根据权利要求1所述的无损检查NDI***，其中，所述一个或更多个无损检查NDI传感器(410)中的至少一个可操作为，使用一个或更多个无损检查NDI感测模式进行感测，其中，所述一个或更多个无损检查NDI感测模式包括：基于接触的无损检查NDI感测。
4.根据权利要求1所述的无损检查NDI***，所述无损检查NDI***包括系链，该系链可操作为提供以下各项中的一个或更多个：
到所述一个或更多个无损检查NDI传感器(410)中的至少一个的电力，
到所述一个或更多个无损检查NDI传感器中的至少一个的控制信号，以及
安全和取回机制。
5.根据权利要求1所述的无损检查NDI***，其中，所述一个或更多个无损检查NDI装置被配置成在数据收集期间，相对于要检查的所述结构移动。
6.根据权利要求5所述的无损检查NDI***，所述无损检查NDI***还包括地点追踪***，该地点追踪***可操作为，使用所述结构的坐标系来确定所述一个或更多个无损检查NDI传感器(410)中的至少一个相对于所述结构的位置、方位、或所述位置和所述方位这两者，其中，所述安装机构是基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于夹具的、或基于粘合剂的。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的无损检查NDI***，其中，所述无人驾驶飞行器UAV可操作为使用预定飞行路线(135)来移动，所述预定飞行路线(135)使用从追踪***获得的位置和方位数据来更新，或者使用遥控***来控制。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的无损检查NDI***，其中，所述一个或更多个无损检查NDI传感器(410)包括以下各项中的至少一个：
涡流传感器、超声传感器、声学传感器、机械阻抗传感器、光学传感器、X射线后向散射传感器、计算机断层扫描传感器、表面粗糙度传感器、IR热像仪、微波传感器、以及太赫兹传感器。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的无损检查NDI***，其中，所述一个或更多个支撑结构中的至少一个包括操纵臂，其中，所述操纵臂包括夹具，并且其中，所述夹具可操作为相对于要检查的所述结构来操纵所述一个或更多个无损检查NDI装置。
10.根据权利要求1至6中任意一项所述的无损检查NDI***，其中，所述一个或更多个支撑结构中的一个支撑结构包括一个或更多个维护工具，其中，所述一个或更多个维护工具包括：磨砂机、钻孔机、刷子、喷漆器、标记器、墨***机、激光器、或目标涂敷器。
11.一种存储指令的非暂时计算机可读存储介质，在由处理器执行时，所述指令使所述处理器执行用于结构(110)的无损检查NDI的方法，所述方法包括以下步骤：
将无人驾驶飞行器UAV引导到要检查的结构(110)的目标地点；
当装备有一个或更多个无损检查NDI装置的无人驾驶飞行器UAV飞到所述目标地点时，将所述一个或更多个无损检查NDI装置从所述无人驾驶飞行器UAV的一个或更多个支撑结构分离；
通过所述一个或更多个无损检查NDI装置的安装机构，将所述一个或更多个无损检查NDI装置物理地固定到所述目标地点，并且使所述无人驾驶飞行器UAV飞走；
使用集成到所述一个或更多个无损检查NDI装置的一个或更多个无损检查NDI传感器(410)来执行所述目标地点的无损检查NDI。
12.根据权利要求11所述的非暂时计算机可读存储介质，其中，所述方法还包括以下步骤：在所述执行的步骤之前提供停用所述无人驾驶飞行器UAV的旋翼的控制信号。
13.根据权利要求11所述的非暂时计算机可读存储介质，其中，所述物理地固定的步骤是基于磁性的、基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的、或基于夹具的。
14.根据权利要求11至13中任意一项所述的非暂时计算机可读存储介质，其中，所述方法还包括以下步骤：将所述一个或更多个无损检查NDI传感器(410)中的至少一个部署到所述目标地点上。
15.根据权利要求11至13中任意一项所述的非暂时计算机可读存储介质，其中，所述方法还包括以下步骤：使用地点定位***来追踪相对于所述目标地点的位置、方位、或所述位置和所述方位这两者。
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