履带式磁声复合检测机器人及检测方法和装置与流程

本发明涉及工业无损检测技术领域，具体而言，涉及一种履带式磁声复合检测机器人及检测方法和装置。

背景技术：

目前，能源安全已成为全世界广泛关注的焦点，如何提高大型石油和石化设备以及油气输送管道的使用周期，降低停产损失，并保障其安全运行是各国科技工作者研究的热点。因而，对大型常压储罐(例如，国家原油战略储备库、千万吨炼油、百万吨乙烯工程等拥有的数量众多的储罐)进行无损检测，是本领域技术人员需要进行的一项十分重要的工程。

我国拥有大型常压储罐(容积大于等于5000立方米，直径大于等于12.5米的储油罐)20多万台，而原油战略储备库直径达100米以上，高度达几十米，在这些储罐壁面的检测中，主要关心的是其腐蚀导致壁厚的减薄，以及表面裂纹等缺陷进行检测。其储罐(一般为圆柱型储罐)的外壁除爬梯以外无任何可攀登附着处，对于储罐外壁缺陷的检测，传统的手段是采用人工检测的方式，使用吊索将检测人员悬吊至被检储罐外壁的壁面，这种检测方式需要检测人员进行高空作业，较危险，且效率低下。

为了保障检测人员的人身安全，使用爬壁机器人对大型储罐进行检测是一种很好的解决方法。目前已有研究人员对爬壁机器人进行了一些设计，关于爬壁机器人研究如下：

公开号为US4664212的专利文献公开了一种真空壁履带，公开号为EP2653864A1的专利文献公开了一种用于腐蚀监测的爬升机器人和用于电位测绘的传感器，公开号为US 9193068 B2的专利文献公开了一种结构评估，维护和修理装置和方法，申请号为CN201210130261的专利文献公开了一种爬壁机器人，申请号为CN201410645993的专利文献公开了一种磁吸附爬壁机器人。这些文献公开的机器人主要依靠磁吸附或负压吸附作用，且为通用机器人结构，还未考虑针对不同检测需求进行具体设计，且不具备检测能力，若将其用于检测，只能携带检测仪器或设备，这将增加整机的体积与重量，若同时实现多种技术检测，整机重量大大增加，这对机器人的负载能力提出了新的要求。

针对检测运用所设计的爬壁检测机器人，研究情况如下：公开号为US 8171809B2的专利文献公开了一种风力涡轮机检查系统和方法，其针对风机进行了检测小车的设计，但是，由于机器人采用绳索牵引，使用不便；文章“用于检查的负压粘附的爬升机器人的开发”中提出的机器人采用真空吸盘结构，因而只能运用于光滑表面，对不同曲率半径的壁面适应较困难；申请号为CN201210185203的专利文献公开了一种复合磁吸附式视频检测爬壁机器人，由于其只针对壁面通过视频进行视觉检测，因而不具备测厚等功能；申请号为CN201510173038的专利文献公开了一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，其主要针对磁粉探伤设计优化，不能进行自动壁面测厚；申请号为CN2010101060800的专利文献公开了一种风机塔筒焊缝自动在线检测装置，只能够针对风机塔的焊缝进行了相控阵技术检测，未实现壁面的测厚及非焊缝区检测。

另外，文章“a compact wall-climbing and surface adaptation robot for non-destructive testing”公开了一种用于磁铁阵列的机器人，可良好的吸附和爬行于铁磁性材料，在一定曲率范围内可自动调整适应曲面现状，其携带Sonatest Ltd.公司的利用橡胶进行耦合的压电超声传感器，可实现壁厚测量，但对于带不均匀较厚油漆层壁板检测效果不理想，对于大型储罐壁板，完成全部扫描检测将耗费大量时间。

London South Bank University的产品CROCELLS robot通过携带奥林巴斯压电相控阵设备完成爬壁检测，对于带油漆层壁板将无能为力，对于大型储罐壁板，完成全部扫描检测也将耗费大量时间。

由上可知，相关技术中还没有针对检测大型石油储罐的壁面而设计的爬壁机器人，而现有针对储罐检测方案中也只能实现单一功能的检测，例如，授权号为CN 102661995 B的专利公开了一种电磁超声与漏磁复合的检测方法，其提供的检测方法只能实现超声体波测厚与漏磁检测功能，不能够实现超声导波缺陷检测功能；而授权号为CN 103353479 B的专利文献“一种电磁超声纵向导波与漏磁检测复合的检测方法”提供的检测方法只能实现被测区域内表面产生超声纵向导波检测和漏磁检测功能。对储罐常见的腐蚀壁厚减薄不能测量。

针对上述现有无损检测中的检测机器人采用多种技术分离使用造成检测效率低下、成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种履带式磁声复合检测机器人及检测方法和装置，以至少解决现有无损检测中多种技术分离使用带来的检测效率低下、成本高的技术问题。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种履带式磁声复合检测机器人，包括：控制单元，用于与外部设备进行通讯，并根据外部设备下发的指令控制检测机器人的机械部分，以及检测机器人的检测系统；至少一条履带，与控制单元连接，用于对被测区域进行检测，检测至少包括如下任意一种：电磁超声导波扫描成像、电磁超声导波层析成像、电磁超声波检测，电磁超声导波检测、表面波检测和漏磁检测；其中，每条履带由多个传感器履带单元连接而成，传感器履带单元包括：漏磁检测单元，和/或至少一个电磁超声单元。

根据本发明实施例，还提供了一种检测设备，包括上述的履带式磁声复合检测机器人。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种履带式磁声复合检测方法，包括：通过检测机器人对被测区域进行扫描成像，并根据成像结果确定被测区域上存在缺陷的一个或多个第一缺陷区域，其中，检测机器人包括至少一条履带，每条履带由至少一个传感器履带单元连接组成，传感器履带单元包括：漏磁检测单元，和/或至少一个电磁超声单元；通过至少一条履带对第一缺陷区域进行层析成像，并根据成像结果确定缺陷的位置和大小；根据缺陷的位置和大小确定缺陷的第二缺陷区域，并通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，该检测至少包括如下任意一种：电磁超声波检测，电磁超声导波检测、表面波检测和漏磁检测；其中，第二缺陷区域为对第一缺陷区域内的一个或多个存在缺陷的区域。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种履带式磁声复合检测装置，包括：第一处理模块，用于通过检测机器人对被测区域进行扫描成像，并根据成像结果确定被测区域上存在缺陷的一个或多个第一缺陷区域，其中，检测机器人包括至少一条履带，每条履带由至少一个传感器履带单元连接组成，传感器履带单元包括：漏磁检测单元，和/或至少一个电磁超声单元；第二处理模块，用于通过至少一条履带对第一缺陷区域进行层析成像，并根据成像结果确定缺陷的第二缺陷区域，其中，第二缺陷区域为第一缺陷区域内存在缺陷的区域；第一检测模块，用于通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，该检测至少包括如下任意一种：电磁超声波检测，电磁超声导波检测、表面波检测和漏磁检测；其中，第二缺陷区域为对第一缺陷区域内的一个或多个存在缺陷的区域。

在本发明实施例中，基于机器人与检测系统整体设计思想，将用于对被测区域进行检测的传感器与机器人的运动部件融为一体，该机器人包括多条履带，且每条履带是由多个传感器履带单元连接组成的，减小了整机重量与体积。由于检测机器人在移动(例如，爬行或滑行)过程中，履带与被测区域始终是接触的，因而，将用于对被测区域进行检测的传感器作为构成履带的单元部件，传感器与被检壁面为滚动磨擦式，可以避免固定扫描式探头与壁面接触或碰撞产生磨损，避免了固定扫描式探头难跨越焊缝等缺点。

通过本发明实施例提供的技术方案，达到了超声导波大面积成像、超声导波层析成像、超声波扫描测厚、漏磁扫描检测、表面波扫描检测的综合检测方式，检测过程由粗检到进一步细检再到最终精细检测，实现了在保证检测精度的同时提高检测速度的技术效果，进而解决了现有无损检测中多种技术分离使用带来的检测效率低下、成本高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人示意图；

图2(a)所示为根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人的主视图；

图2(b)所示为根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人的右视图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的曲面壁板自适应示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的单极式传感器履带单元结构示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的螺旋型线圈结构的线圈示意图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的双极式传感器履带单元结构示意图；

图7是根据本发明实施例的一种可选的导通式传感器履带单元结构示意图；

图8是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人的控制系统示意图；

图9是根据本发明实施例的一种可选的三维履带式磁声复合检测机器人示意图；以及

图10是根据本发明实施例的一种可选的传感器履带单元拆解示意图；

图11是根据本发明实施例的一种履带式磁声复合检测方法流程图；

图12是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人粗检示意图；

图13是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人细检示意图；

图14是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人精细扫查示意图；

图15是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人传感器阵列示意图；

图16是根据本发明实施例的一种可选的机器人粗检区域示意图；

图17是根据本发明实施例的一种可选的机器人细检区域示意图；

图18是根据本发明实施例的一种可选的机器人精细检测区域示意图；

图19是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测方法流程图；

图20是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测方法流程图；

图21是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测方法流程图；

图22是根据本发明实施例的一种优选的履带式磁声复合检测方法流程图；以及

图23是根据本发明实施例的一种履带式磁声复合检测装置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种履带式磁声复合检测机器人实施例，图1是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人示意图，如图1所示，该履带式磁声复合检测机器人包括：控制单元3和至少一条履带5。

其中，控制单元3，用于与外部设备进行通讯，并根据外部设备下发的指令控制检测机器人的机械部分，以及检测机器人的检测系统；

至少一条履带5，与控制单元连接，用于对被测区域进行检测，该检测至少包括如下任意一种：电磁超声导波扫描成像、电磁超声导波层析成像、电磁超声波检测，电磁超声导波检测、表面波检测和漏磁检测；

其中，每条履带由多个传感器履带单元2连接而成，传感器履带单元2包括：漏磁检测单元，和/或至少一个电磁超声单元。

作为一种优选的实施方式，采用初检、细检和精细检测的方式，履带式磁声复合检测机器人首先对被测区域进行大面积快速成像(电磁超声导波扫描成像)粗检，在初步检测得到被测区域上存在缺陷的一个或多个区域后，移动至该区域，对该区域进行小面积层析成像(电磁超声导波层析成像)细检，通过进一步细检缩小缺陷所在的区域后，通过电磁超声波检测，电磁超声导波检测、表面波检测和漏磁检测进一步确定缺陷的大小、位置和类型。

可选地，上述漏磁检测单元可以为磁敏元件。

一种可选的实施例中，图2(a)所示为根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人的主视图；如图2(a)所示，该履带5可以包括主动轮1、从动轮4、多个传感器履带单元2、控制单元3、接线单元座7、动态接线单元8。图2(b)所示为根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人的右视图，如图2(b)所示，本申请实施例提供的履带式磁声复合检测机器人可以包括n(n≥1)条履带(履带5-1、履带5-2、…履带5-n)，履带与履带之间通过转动连接单元6连接，每条履带由多个传感器履带单元2连接而成。

需要说明的是，传感器履带单元2作为履带的一部分，是完成检测的重要组成部分，传感器履带单元2的内部结构主要组成由电磁超声单元和漏磁检测单元，此传感器履带单元2通过电磁超声单元可产生超声波用于测厚、激发超声导波检测表面缺陷；通过漏磁检测单元(例如，磁敏元件)接收漏磁的漏磁信号可判断表面缺陷或裂纹是上表面缺陷还是下表面缺陷。

此处还需要说明的是，单个传感器履带单元自身既是一套独立的系统，为了适应曲面以及转向的控制，可对多个履带间进行并联，图3是根据本发明实施例的一种可选的曲面壁板自适应示意图；如图3所示，该履带式磁声复合检测机器人包含n条履带(履带5-1、履带5-2、履带5-3、…履带5-n)，履带的转向通过不同履带间的差动转动控制。多条履带间通过履带连接单元6连接，由于履带自身具有磁性，履带连接单元自身可绕点O转动，使整个机器人可适应不同曲率表面，在良好吸附于壁面的同时，也正好使传感器达到与被检表面14(曲面壁面)的良好接触，达到良好检测状态，因此，多个履带并联后组成的爬壁机器人在自适应曲面的同时大大调高了检测效率。

由上可知，在本申请上述实施例中，采用机器人与检测系统整体设计思想，将传感器与运动部件(例如，爬壁机构)融为一体，减小了整机体积，且传感器与被检壁面为滚动磨擦式，避免了固定扫描式探头与壁面接触或碰撞产生磨损，避免了固定扫描式探头难跨越焊缝等缺点。另外，履带上的传感器构成阵列形式，可实现超声导波大面积成像、超声导波层析成像、超声波扫描测厚、漏磁扫描检测、表面波扫描检测，解决了现有检测中多种技术分离使用带来的检测效率低下、成本高的问题。在利用上述履带式磁声复合检测机器人对被测区域进行检测的过程中，采用初检、精检、精细检测的方式，逐步加深对缺陷的检测精度，最终获取缺陷的位置、大小、类型。基于本实施例提供的履带式磁声复合检测机器人，在检测速度快的同时也达到了检测高的精度。在工程实际运用中将是一种十分优越的检测方法。

可选地，上述传感器履带单元2的结构可以为如下任意一种结构：单极式、双极式和导通式。

其中，在传感器履带单元的结构为单极式结构的情况下，传感器履带单元包括：第一电磁超声单元，和/或磁敏元件。

在传感器履带单元的结构为双极式结构的情况下，传感器履带单元包括：第一电磁超声单元、第二电磁超声单元和磁敏元件，其中，第一电磁超声单元和第二电磁超声单元对称位于磁敏元件的两侧。

一种可选的实施方式中，第一电磁超声单元由第一磁铁和第一电磁超声线圈组成，第二电磁超声单元由第二磁铁和第二电磁超声线圈组成。

在传感器履带单元的结构为导通式结构的情况下，传感器履带单元包括：U型磁铁、第一电磁超声线圈、第二电磁超声线圈和磁敏元件，其中，第一电磁超声线圈位于U型磁铁的N极下方，第二电磁超声线圈位于U型磁铁的S极下方。

可选地，第一电磁超声线圈和第二电磁超声线圈的形状为如下任意一种：螺旋形、回折形和跑道形。

作为一种可选的实施例，图4所示为根据本发明实施例的一种可选的单极式传感器履带单元结构示意图，如图4所示，单极式传感器履带单元主要包括外壳10、线圈9、磁铁11、磁敏元件13、动态接线柱12组成，其底部与被测部件14接触。在单极传感器履带单元中，线圈9和磁铁11组成电磁超声单元，放置于磁敏元件1一侧的位置，其可在外部激励时激发产生和获取超声信号以测量被测部件厚度，磁敏元件1用于接收漏磁信号，判断被测部件表面裂纹，线圈9和磁敏元件1的接线连接到动态连接柱12上，在链条转动时，动态连接柱12可与动态接触单元8接触从而使传感器履带单元接入控制单元3，以被激发和获取信号，磁敏元件13为可选部件，若无磁敏元件，则只完成超声的相关检测。

其中，线圈9可为多种形式的线圈，例如，螺旋形，回折形，跑道形等。线圈9可与磁铁11配合产生和获取超声信号，如图5所示为螺旋型线圈结构的线圈示意图。

需要说明的是，在利用履带式磁声复合检测机器人对被测区域进行检测的过程中，只有机器人下部分履带与壁面接触，由于履带的运动，使与壁面接触的多个传感器履带单元不停的变换，因此，传感器履带单元通过动态接触单元8与控制单元3相连接，检测时下表面的多个传感器履带单元与动态接触单元接通完成检测。

作为一种可选的实施方式，图6所示为根据本发明实施例的一种可选的双极式传感器履带单元结构示意图，如图6所示，其在双极式传感器履带单元中，磁敏元件的两侧对称放置相同的线圈9和磁铁11，其特点是可以通过调整其中一个线圈的激励频率，产生超声导波信号，超声导波沿被检部件表面传播，可被对称放置相同的线圈接收到此导波信号，以检测被检部件传感器这一侧面的表面是否存在缺陷，由于导波只能完成缺陷的初检，而磁敏元件13接收的漏磁信号判定表面缺陷较准确，却不能判定缺陷是被检部件传感器这一侧面的缺陷还是对面侧面的缺陷，因此结合导波信号和漏磁信号可较准确的判定表面缺陷，和区分缺陷是被检部件传感器这一侧面还是对面侧面。同时，调整激励频率，两线圈与两磁铁组成的两电磁超声单元可独立的发生和接收超声体波信号以对壁厚进行测量。

作为一种可选的实施方式，图7所示为根据本发明实施例的一种可选的导通式传感器履带单元结构示意图，如图7所示，导通式传感器履带单元与双极式传感器履带单元的区别在于，将磁敏元件13两侧的两个磁铁9采用由U型磁铁15整体代替，其与双极式传感器履带单元功能相同，其特点是U型磁铁15的磁场强度比柱状的磁铁9更大，在被检部件磁性相对较弱情况下可采用此种结构传感器履带单元。

在一种可选的实施例中，图8是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人的控制系统示意图，如图8所示，上述控制单元3可以包括：主控制器31、信号发生器32、功率放大器33、多通道切换开关34、超声波信号放大器35、漏磁信号放大器36、多通道数据采集器37和运动控制单元38。

其中，主控制器31，用于与外部设备通信，接收来自外部设备下发的检测指令；信号发生器32，用于产生用于激励信号，其中，激励信号用于激励传感器履带单元产生如下任意一种信号：超声波信号、超声导波信号、表面波信号；功率放大器33，与信号发生器连接，用于将来自信号发生器的激励信号放大；多通道切换开关34，与履带上的传感器履带单元连接，用于接收来自传感器履带单元的超声波信号，和/或漏磁信号；超声波信号放大器35，与多通道切换开关连接，用于将来自多通道切换开关的超声波信号放大；漏磁信号放大器36，与多通道切换开关连接，用于将来自多通道切换开关的漏磁信号放大；多通道数据采集器37，与超声波信号放大器和漏磁信号放大器连接，用于接收来自超声波信号放大器和漏磁信号放大器的信号；运动控制单元38，用于控制机器人的机械运动，包括：电机38a和位置传感器38b。

可选地，上述功率放大器33可以为宽频功率放大器。

需要说明的是，上述控制单元3可以完成对整个机器人爬壁机械部分的控制、检测系统的控制以及与外部设备30(例如，计算机)通讯，计算机30与通讯传输控制单元39间进行信息的交互，主要完成对爬壁机器人下达检测指令、检测参数的设置，以及回传检测结果。主控制器根据通讯传输单元接收的信息，完成爬壁机器人的控制，包括，控制多通道切换开关切换到指定的一个或多个传感器履带单元，控制信号发生器产生指定激励波形信号，宽频功率放大器对所产生的指定激励波形信号进行放大后，通过多通道切换开关，激励指定的一个或多个传感器履带单元，一个或多个传感器履带单元经由多通道切换开关后，超声波信号进入超声波信号放大器进行放大后经多通道数据采集器进行采集，漏磁信号进漏磁信号放大器进行放大后经多通道数据采集器进行采集，多通道数据采集器最终将数据传入主控制器进行处理，最近结果经由通讯传输单元传给计算机，对于爬壁机器人机械部分的控制，由主控制器控制运动控制单元，运动控制单元控制电机转动以及位置传感器等，完成爬壁机器人的运动。

在一种可选的实施例方式中，以包含两条履带的机器人为例，图9是根据本发明实施例的一种可选的三维履带式磁声复合检测机器人示意图，如图9所示，该履带式磁声复合检测机器人每条履带自带一主动轮，一从动轮，两条履带同速转动可使机器人前进或后退，两履带差速转动可实现机器人转向运动。每条履带包含9个动态接触单元，两条履带共包含18个动态接触单元，分别与18个传感器履带单元接触，在本实施案列中，动态接触单元设计为片状金属结构，其可上下移动，当机器人运动中即使遇到不平坦区域，可保证与传感器履带单元良好接触，保证机器人完成正常检测功能。

优选地，传感器履带单元设计采用U型磁轭形式传感器，图10是根据本发明实施例的一种可选的传感器履带单元拆解示意图，如图10所示，传感器履带单元2外壳带双齿，使其可与主动轮和从动轮良好啮合，外壳10还包括条状动态接线柱，使机器人运动时可良好接通传感器电气线路，使机器人可实现运动功能，其包含一个U型磁铁15、两线圈9，一个磁敏元件13(可以为霍尔元件)。这样在外加激励下其可测厚，导波和漏磁检测。

根据本发明实施例，还提供了一种检测设备，包括上述任意一项可选的或优选的履带式磁声复合检测机器人。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种履带式磁声复合检测方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图11是根据本发明实施例的一种履带式磁声复合检测方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，通过检测机器人对被测区域进行扫描成像，并根据成像结果确定被测区域上存在缺陷的一个或多个第一缺陷区域，其中，检测机器人包括至少一条履带，每条履带由至少一个传感器履带单元连接组成，传感器履带单元包括：漏磁检测单元，和/或至少一个电磁超声单元。

具体地，在上述步骤中，上述检测机器人可以包括至少一条履带，每条履带由至少一个传感器履带单元连接组成，其中，每个传感器履带单元包括至少一个电磁超声单元，优选地，还可以包括漏磁检测单元。上述被测区域待检测对象(例如，钢板、储罐、管道等)上待检测的部位(例如，大型石油储罐的外壁面)；如果被测区域是大型石油储罐的外壁面，则上述检测机器人可以用于爬壁，在爬壁的过程中，该检测机器人的履带与避免接触。上述第一缺陷区域可以为对被测区域进行初步检测后，在被测区域上查找到的一个或多个存在缺陷的区域，对被测区域进行初步检测，得到缺陷分布的大致分布情况后，可以对被测区域上这些存在缺陷的区域进一步进行检测。

一种可选的实施例中，图12是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人粗检示意图，首先检测机器人(爬壁机器人)对被测区域(例如，大型石油储罐的壁板区域)进行快速的爬行，采用大面积快速成像粗检方法，获取整个区域的大致缺陷情况，对整个壁板区域缺陷情况进行初步定位与大小评估。

需要说明的是，本实施例基于机器人与检测系统整体设计思想，将用于对被测区域进行检测的传感器与机器人的运动部件融为一体，上述步骤中的检测机器人通常包括多条履带，且每条履带是由多个传感器履带单元连接组成的。由于检测机器人在移动(例如，爬行或滑行)过程中，履带与被测区域始终是接触的，因而，将用于对被测区域进行检测的传感器作为构成履带的单元部件，传感器与被检壁面为滚动磨擦式，避免了固定扫描式探头与壁面接触或碰撞产生磨损，避免了固定扫描式探头难跨越焊缝等缺点。

优选地，本申请实施中的检测机器人可以为实施例1中的履带式磁声复合检测机器人。

步骤S104，通过至少一条履带对第一缺陷区域进行层析成像，并根据成像结果确定缺陷的第二缺陷区域，其中，第二缺陷区域为第一缺陷区域内存在缺陷的区域。

具体地，在上述步骤中，上述第一缺陷区域可以为在对被测区域进行初步检测(粗检)后，被测区域上存在缺陷的一个或多区域，可以对被测区域上这些存在缺陷的区域进一步进行检测，上述第二缺陷区域为检测机器人移动至第一缺陷区域后对第一缺陷区域进一步检测(通过层析成像细检)后得到的缺陷区域，第二缺陷区域为上述第一缺陷区域内的一个或多个区域。具体地，可以控制履带式磁声复合检测机器人移动(例如，滑行或爬行)至被测区域上存在缺陷的缺陷区域，在其履带之间进行层析成像，并根据该缺陷区域的图像进一步确定缺陷的位置和大小。

一种可选的实施例中，图13是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人细检示意图。在对被测区域进行大面积快速成像粗检之后，可以对被测区域上这些存在缺陷的区域(即第一缺陷区域)进一步进行检测，通过机器人的履带之间对第一缺陷区域进行层析成像。

步骤S106，通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，检测至少包括如下任意一种：电磁超声波检测，电磁超声导波检测、表面波检测和漏磁检测。

具体地，在上述步骤中，上述第二缺陷区域为检测机器人移动至第一缺陷区域后对第一缺陷区域进一步检测(通过层析成像细检)后得到的缺陷区域，第二缺陷区域小于上述第一缺陷区域。在对被测区域进行细检后，可以通过履带式磁声复合检测机器人履带上的传感器履带单元中的电磁超声单元对第二缺陷区域进行电磁超声波检测，或通过传感器履带单元中的漏磁检测单元对第二缺陷区域进行漏磁检测。

一种可选的实施例中，图14是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人精细扫查示意图。在确定第二缺陷区域后，对这些区域缺陷进行最终的精细缺陷检测，逐步对区域进行电磁超声测厚、导波及漏磁对裂纹情况进行检测。

作为一种优选的实施方式，上述履带式磁声复合检测机器人可以包括n条履带，每条履带由m个传感器履带单元连接组成。图15是根据本发明实施例的一种可选的履带式磁声复合检测机器人传感器阵列示意图，如图15所示，该履带式磁声复合检测机器人的履带结构与被检部件的表面接触的多个传感器履带单元可以形成传感器阵列，n条履带形成n条传感器线性阵列，每个传感器线性阵列包含m个阵元(传感器履带单元2-1、2-2，…2-m)，因此，根据声学理论，其可实现对机器人较宽周围区域进行大面积快速成像粗检，图16所示为根据本发明实施例的一种可选的机器人粗检区域示意图；图17所示为根据本发明实施例的一种可选的机器人细检区域示意图；图18所示为根据本发明实施例的一种可选的机器人精细检测区域示意图。

大面积快速成像粗检特点是速度快，检测面积大，但只能对缺陷进行粗布的定位及大小的粗略判断；小面积层析成像细检比大面积快速成像粗检的检测精度进一步有所提高，其成像区域在爬壁机器人底部范围内，扫查整个壁板区域，将比大面积快速成像粗检消耗更多时间，但可作为缺陷的进一步更确定的判定；漏磁和测厚精细扫查，检测精度高，可对裂纹及腐蚀壁厚进行精确测量，若用其扫查整个壁板区域，将消耗最长时间。由上可知，在本申请上述实施例中，为在保证检测精度的同时且达到检测的高效的效果，采用初检、细检和精细检测相结合的方式，履带式磁声复合检测机器人首先对被测区域进行大面积快速成像粗检，在初步检测得到被测区域上存在缺陷的一个或多个区域(即第一缺陷区域)后，移动至该区域，对该区域进行小面积层析成像细检，进一步确定缺陷的位置和大小后，得到缺陷的第二缺陷区域，最后通过电磁超声和漏磁检测进一步确定缺陷的大小、位置和类型。

通过上述实施例公开的技术方案，达到了超声导波大面积成像、超声导波层析成像、超声波扫描测厚、漏磁扫描检测、表面波扫描检测的综合检测方式，实现了在保证检测精度的同时提高检测速度的技术效果，进而解决了现有无损检测中现有无损检测中的检测机器人采用多种技术分离使用造成检测效率低下、成本高的技术问题。

在一种可选的实施例中，如图19所示，上述履带式磁声复合检测机器人可以包括n条履带，每条履带由m个传感器履带单元连接组成。在被检测对象上构成n×m阵元的阵列，其中，通过履带式磁声复合检测机器人对被测区域进行整体扫描成像，并根据成像结果确定被测区域上存在缺陷的一个或多个第一缺陷区域，包括：

步骤S902，通过检测机器人上的任意i个阵元产生超声波信号，其中，1≤i≤m*n，m和n为大于等于1的正整数；

步骤S904，通过检测机器人上的任意j个阵元接收被测区域对超声波信号返回的回波信号，其中，1≤j≤m*n，m和n为大于等于1的正整数；

步骤S906，根据回波信号确定被测区域的图像中每个像素点的幅值信息；

步骤S908，根据幅值信息确定被测区域的图像，并根据被测区域的图像确定被测区域上存在缺陷的一个或多个第一缺陷区域。

具体地，在上述步骤中，机器人有n(n≥1)条履带，每条履带与被检表面有m(m≥1)个传感器履带单元，即形成n×m阵元的阵列，在对被测区域进行成像时n×m阵元的阵列中各阵元的激励与接收顺序如下：

①在n×m个阵元中，首先其中i(1<i<m*n)个阵元激励,n×m个阵元中任意j(1<j<m*n)个阵元接收；此i个阵元再次激励，另外任意j(1<j<m*n)个阵元接收，如此往复，直到所有n×m个阵元指定部分或全部阵元在此i个阵元激励下都接收到信号。

②重新指定①中的其他阵元作为①中的i(1<i<m*n)个阵元，重复步骤①；

③直到获取预期的多个阵元k(1<k<m*n)个阵元激励下，指定的阵元接收完回波信号。

④通过获取的所有回波信号进行成像技术，得到缺陷的大致位置和粗略大小。

通过上述实施例，实现了对被测区域进行粗检，以确定被测区域上存在缺陷的一个或多个区域，从而缩小检测范围。

在一种可选的实施例中，如图20所示，根据回波信号确定被测区域的图像中每个像素点的幅值，包括：

步骤S9061，根据阵列中每个传感器履带单元产生的超声波信号和阵列中所有传感器履带接收被测区域对超声波信号返回的回波信号，得到N×N的全矩阵数据；

步骤S9063，获取被测区域的图像中任意一个坐标点，利用全矩阵数据求解所有回波信号在坐标点的多个幅值；

步骤S9065，对多个幅值求和，将求和后的总幅值作为坐标点的幅值。

具体地，在上述步骤中，依次激励阵列传感器的每一个传感器，同时每次激励后控制所有传感器都接收，获取N×N的全矩阵数据，其中N为传感器阵列的阵元数。在全矩阵数据的基础上，利用全聚焦成像方法(TFM，Total Focus Method)对被检测区域进行成像，判断缺陷的位置。全聚焦方法如下：

对于成像检测区域的任意一点(x,z)，利用全矩阵数据P_ij(i＝1,2,…,N；j＝1,2,…,N)，根据各阵元到该点的波程关系，求解所有超声回波信号在该点的信号幅值，将各幅值进行叠加获得表征该点信息的幅值I(x,z)。重复以上过程，便可求得到成像检测区域内所有像素点的幅值信息，然后将每个点的幅度信息恢复到整个检测区上便可得到全聚焦图像。

特定聚焦点(x,z)的幅值I(x,z)可表示为：

式中，P_ij(t_ij(x,z))表示第i个阵元发射、第j个阵元接收的一组超声检测信号在坐标点(x,z)处的幅值。t_ij(x,z)是通过聚焦法则计算出的用于提取聚焦点幅值的延迟时间，该时间包含了声波从发射元i到聚焦点(x,z)，再由聚焦点返回到接收元j所需要的整个历程时间，可由下式计算：

式中，x_t、x_r分别代表发射阵元和接收阵元的横坐标；C_L为试块内的纵波声速。

通过上述实施例，实现了对被测区域的大面积成像，并根据成像结果确定被测区域上的缺陷的目的。

在一种可选的实施例中，如图21所示，通过至少一条履带对第一缺陷区域进行层析成像，并根据成像结果确定缺陷的位置和大小，可以包括如下步骤：

步骤S112，控制检测机器人移动至第一缺陷区域；

步骤S114，在检测机器人的履带与履带之间形成传感器阵列，并在检测机器人的底部进行对第一缺陷区域进行层析成像。

具体地，在上述步骤中，在对被测区域进行大面积快速成像粗检之后，可以对被测区域上这些存在缺陷的区域(即第一缺陷区域)进一步进行检测，通过机器人的履带之间对第一缺陷区域进行层析成像。

通过上述实施例，实现了对被测区域上的缺陷区域进行小面积层析成像，并根据成像结果进一步确定缺陷的位置和大小目的。

可选地，上述传感器履带单元的结构为如下任意一种结构：单极式、双极式和导通式。

在一种可选的实施例中，在传感器履带单元为单极式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁铁和电磁超声线圈，通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，包括：

步骤S1061a，通过电磁超声线圈与磁铁产生超声波信号，对缺陷的区域进行电磁超声波检测。

在另一种可选的实施例中，在传感器履带单元为单极式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁铁、电磁超声线圈和磁敏元件，通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，包括：

步骤S1061b，通过磁铁和电磁超声线圈产生超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声波检测；

步骤S1063b，通过磁敏元件检测区域的外部是否存在漏磁场信号，对第二缺陷区域进行漏磁检测。

其中，在通过电磁超声线圈与磁铁产生超声波信号之前，还可以获取用于产生超声波信号的激励信号，并将激励信号输入至电磁超声线圈。

在一种可选的实施例中，在传感器履带单元为双极式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁敏元件、在磁敏元件的两侧对称放置的磁铁和电磁超声线圈，其中，通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，包括：

步骤S1061c，通过磁敏元件任意一侧的磁铁和电磁超声线圈产生超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声波检测；

步骤S1063c，通过磁敏元件任意一侧的磁铁和电磁超声线圈产生超声波信号，并通过另一侧的电磁超声线圈接收超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声导波检测；

步骤S1065c，通过磁敏元件检测第二缺陷区域的外部是否存在漏磁场信号，对第二缺陷区域进行漏磁检测。

其中，在通过磁敏元件任意一侧的磁铁和电磁超声线圈产生超声波信号之前，还可以获取用于产生超声波信号的激励信号，并将激励信号输入至电磁超声线圈。

需要说明的是，通过不同频率的激励信号可以激发电磁超声线圈与磁铁产生超声波、超声导波、表面波等信号。

在一种可选的实施例中，在传感器履带单元为导通式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁敏元件、U型磁铁和两个电磁超声线圈，其中，通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，包括：

步骤S1061d，通过U型磁铁任意一个磁极和磁极下方的电磁超声线圈产生超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声波检测；

步骤S1063d，通过U型磁铁任意一个磁极和磁极下方的电磁超声线圈产生超声波信号，并通过U型磁铁另一个磁极下方的电磁超声线圈接收超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声导波检测；

步骤S1065d，通过磁敏元件检测区域的外部是否存在漏磁场信号，对第二缺陷区域进行漏磁检测。

作为一种优选的实施方式，图22所示为根据本发明实施例的一种优选的履带式磁声复合检测方法流程图，如图22所示，首先爬壁机器人对壁板区域进行快速的爬行，采用大面积快速成像粗检方法，获取整个区域的大致缺陷情况，对整个壁板区域缺陷情况进行初步定位与大小评估；在确定缺陷的大致位置及大小情况，爬壁机器人迅速的爬行至这些区域，对这些区域进行层析成像，进一步更精确的获取缺陷的大小及情况。进一步缺陷位置及大小情况，对这些区域缺陷进行最终的精细缺陷检测，逐步对区域进行电磁超声测厚、导波及漏磁对裂纹情况进行检测。

通过上述实施例，逐步加深对缺陷的检测精度，最终获取缺陷的位置、大小、类型。本方法的优点是在检测速度快的同时也达到了检测高的精度。在工程实际运用中将是一种十分优越的检测方法。

实施例3

根据本发明实施例，还提供了一种用于实现上述履带式磁声复合检测方法的装置实施例，图23发明实施例的一种履带式磁声复合检测装置示意图，如图23示，该装置包括：第一处理模块231、第二处理模块233和第一检测模块235。

其中，第一处理模块231，用于通过检测机器人对被测区域进行扫描成像，并根据成像结果确定被测区域上存在缺陷的一个或多个第一缺陷区域，其中，检测机器人包括至少一条履带，每条履带由至少一个传感器履带单元连接组成，传感器履带单元包括：漏磁检测单元，和/或至少一个电磁超声单元；第二处理模块233，用于通过至少一条履带对第一缺陷区域进行层析成像，并根据成像结果确定缺陷的第二缺陷区域，其中，第二缺陷区域为第一缺陷区域内存在缺陷的区域；第一检测模块235，用于通过传感器履带单元对第二缺陷区域进行检测，检测至少包括如下任意一种：电磁超声波检测，电磁超声导波检测、表面波检测和漏磁检测。

需要说明的是，大面积快速成像粗检特点是速度快，检测面积大，但只能对缺陷进行粗布的定位及大小的粗略判断；小面积层析成像细检比大面积快速成像粗检的检测精度进一步有所提高，其成像区域在爬壁机器人底部范围内，扫查整个壁板区域，将比大面积快速成像粗检消耗更多时间，但可作为缺陷的进一步更确定的判定；漏磁和测厚精细扫查，检测精度高，可对裂纹及腐蚀壁厚进行精确测量，若用其扫查整个壁板区域，将消耗最长时间。在本申请上述实施例中，为在保证检测精度的同时且达到检测的高效的效果，采用初检、细检和精细检测相结合的方式，检测机器人首先对被测区域进行大面积快速成像粗检，在初步检测得到被测区域上存在缺陷的一个或多个区域(即第一缺陷区域)后，移动至该区域，对该区域进行小面积层析成像细检，进一步确定缺陷的位置和大小后，得到缺陷的第二缺陷区域，最后通过电磁超声和漏磁检测进一步确定缺陷的大小、位置和类型。

通过上述实施例公开的技术方案，达到了超声导波大面积成像、超声导波层析成像、超声波扫描测厚、漏磁扫描检测、表面波扫描检测的综合检测方式，实现了在保证检测精度的同时提高检测速度的技术效果，进而解决了现有无损检测中多种技术分离使用带来的检测效率低下、成本高的技术问题。

优选地，本申请实施中的检测机器人可以为实施例1中的履带式磁声复合检测机器人。

在一种可选的实施例中，上述履带式磁声复合检测机器人包括n条履带，每条履带包括m个传感器履带单元，在被检测对象上构成n×m阵元的阵列，其中，第一处理模块231可以包括：产生模块，用于通过检测机器人上的任意i个阵元产生超声波信号，其中，1≤i≤m*n，m和n为大于等于1的正整数；第一接收模块，用于过检测机器人上的任意j个阵元接收被测区域对超声波信号返回的回波信号，其中，1≤j≤m*n，m和n为大于等于1的正整数；第一确定模块，用于根据回波信号确定被测区域的图像中每个像素点的幅值信息；第二确定模块，用于根据幅值信息确定被测区域的图像，并根据被测区域的图像确定被测区域上存在缺陷的一个或多个第一缺陷区域。

在一种可选的实施例中，第一确定模块可以包括：第二接收模块，用于根据阵列中每个传感器履带单元产生的超声波信号和阵列中所有传感器履带接收被测区域对超声波信号返回的回波信号，得到N×N的全矩阵数据；第三处理模块，用于获取被测区域的图像中任意一个坐标点，利用全矩阵数据求解所有回波信号在坐标点的多个幅值；第四处理模块，用于对多个幅值求和，将求和后的总幅值作为坐标点的幅值。

在一种可选的实施例中，第二处理模块233可以包括：控制模块，用于控制检测机器人移动至第一缺陷区域；第五处理模块，用于在检测机器人的履带与履带之间形成传感器阵列，并在检测机器人的底部进行对第一缺陷区域进行层析成像。

在一种可选的实施例中，上述传感器履带单元的结构为如下任意一种结构：单极式、双极式和导通式。

在一种可选的实施例中，在传感器履带单元为单极式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁铁和电磁超声线圈，上述第一检测模块235可以包括：第二检测模块，用于通过电磁超声线圈与磁铁产生超声波信号，对缺陷的区域进行电磁超声波检测。

在一种可选的实施例中，在传感器履带单元为单极式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁铁、电磁超声线圈和磁敏元件，上述第一检测模块235可以包括：第三检测模块，用于通过磁铁和电磁超声线圈产生超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声波检测；第四检测模块，用于通过磁敏元件检测区域的外部是否存在漏磁场信号，对第二缺陷区域进行漏磁检测。

在一种可选的实施例中，在通过电磁超声线圈与磁铁产生超声波信号之前，上述装置还包括：获取模块，用于获取用于产生超声波信号的激励信号；输入模块，用于将激励信号输入至电磁超声线圈。

在一种可选的实施例中，在传感器履带单元为双极式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁敏元件、在磁敏元件的两侧对称放置的磁铁和电磁超声线圈，其中，上述第一检测模块235可以包括：第五检测模块，用于通过磁敏元件任意一侧的磁铁和电磁超声线圈产生超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声波检测；第六检测模块，用于通过磁敏元件任意一侧的磁铁和电磁超声线圈产生超声波信号，并通过另一侧的电磁超声线圈接收超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声导波检测；第七检测模块，用于通过磁敏元件检测第二缺陷区域的外部是否存在漏磁场信号，对第二缺陷区域进行漏磁检测。

在一种可选的实施例中，在传感器履带单元为导通式结构的情况下，传感器履带单元包括：磁敏元件、U型磁铁和两个电磁超声线圈，其中，上述第一检测模块235可以包括：第八检测模块，用于通过U型磁铁任意一个磁极和磁极下方的电磁超声线圈产生超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声波检测；第九检测模块，用于通过U型磁铁任意一个磁极和磁极下方的电磁超声线圈产生超声波信号，并通过U型磁铁另一个磁极下方的电磁超声线圈接收超声波信号，对第二缺陷区域进行电磁超声导波检测；第十检测模块，用于通过磁敏元件检测区域的外部是否存在漏磁场信号，对第二缺陷区域进行漏磁检测。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。