用于管道穿越机器人的射线照相检查和故障安全机构的制作方法

背景技术：

1、许多现有的用于检查管道的方法仅适用于裸管-即，缺乏绝缘体或其它覆盖物的管道。例如，许多传感器要求与管道的表面直接接触以便检测结构问题和其它感兴趣的异常。同样，许多方法依赖于目视检查管道本身的表面的能力，诸如由现场技术人员直接目视检查或检查由相机捕获的影像。为了执行此类检查方法，可能必须切掉或移除绝缘体和其它覆盖物，这会是耗时的、危险的(尤其是在高处执行时)并且成本高昂。因而，需要一种在不损坏或去除绝缘体的情况下检查绝缘管道的方式。

2、仍然需要能够有效地在水平和垂直管道的外部行驶并导航绕过和/或越过潜在障碍物(例如，呈现管道的有效直径改变、管道的有效曲率改变的障碍物，和/或在一个或多个径向方向上从管道突出的障碍物)的管道穿越机器人。针对这种管道穿越机器人的关键挑战是在不从管道上掉落的情况下进行以上操作，从管道上掉落会对机器人和周围基础设施造成显著损坏，并对附近的人员造成安全隐患。

3、这些和其它需求可以通过本文公开的装置和系统有利地满足。

技术实现思路

1、技术实现要素：是本发明的各个方面的高度概述并且介绍了在下面的具体实施方式部分中进一步详细描述的其中一些概念。本发明内容并不旨在识别所要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在单独使用以确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考整个说明书、任何或所有附图以及每项权利要求的适当部分来理解主题。

2、本公开的实施例涉及一种用在管道穿越机器人上的射线照相系统。该系统包括辐射源，该辐射源被配置为指引与管道的外表面相切的辐射场，使得辐射场的第一部分接触管道并且辐射场的第二部分经过管道的对应外围。该系统还包括被配置为接收从辐射源发射的辐射场的第二部分的成像器。该系统还包括一个或多个机构，这些机构被配置为基于管道的直径自动调整管道穿越机器人上的辐射源和成像器中的至少一个的位置，使得当管道穿越机器人位于所述直径的管道上时辐射源和成像器分别以所述方式指引和接收辐射场。

3、在一些实施例中，一个或多个机构中的至少一个被配置为自动调整辐射源的横向位置，使得辐射源指引与管道的外表面相切的辐射场，使得辐射场的第一部分接触管道并且辐射场的第二部分经过管道的对应外围。

4、在一些实施例中，该机构包括控制器，该控制器被配置为基于管道的直径确定辐射源的横向位置，该横向位置适合于指引与管道的外表面相切的辐射场，使得辐射场的第一部分接触管道并且辐射场的第二部分经过管道的对应外围。控制器还被配置为接合马达以将辐射源移动到该横向位置。

5、在一些实施例中，该机构还包括在管道穿越机器人的框架构件之间横向延伸的一个或多个引导导轨以及可滑动地耦合到所述一个或多个引导导轨并且直接或间接耦合到辐射源的一个或多个线性轴承。接合马达使得辐射源沿着一个或多个引导导轨在任一方向上横向移动。

6、在一些实施例中，管道的直径是(a)提供给控制器的管道的预定直径，或者(b)由管道穿越机器人上的一个或多个传感器确定的管道的测得直径。

7、在一些实施例中，一个或多个机构中的至少一个被配置为自动调整成像器的横向位置，使得成像器定位成与辐射源相对并接收从辐射源发射的辐射场的第二部分。

8、在一些实施例中，该机构包括控制器，该控制器被配置为基于管道的直径来确定成像器的横向位置，该横向位置适合于将成像器定位成与辐射源相对以接收从辐射源发射的辐射场的第二部分。控制器还被配置为接合马达以将成像器移动到横向位置。

9、在一些实施例中，管道的直径是(a)提供给控制器的管道的预定直径，或者(b)由管道穿越机器人上的一个或多个传感器确定的管道的测得直径。

10、在一些实施例中，一个或多个机构中的至少一个被配置为自动调整辐射源和成像器中的至少一个的纵向位置，使得成像器定位成与辐射源相对并接收从辐射源发射的辐射场的第二部分。

11、在一些实施例中，该机构包括控制器，该控制器被配置为基于管道的直径来确定辐射源和成像器中的至少一个的纵向位置，该纵向位置适合于将成像器定位成与辐射源相对以接收从辐射源发射的辐射场的第二部分。控制器还被配置为接合一个或多个马达以将辐射源和/或成像器移动到该横向位置。

12、在一些实施例中，该机构包括耦合到辐射源或成像器的小齿轮(pinion)。该机构还包括将小齿轮耦合到管道穿越机器人的第一部件的第一导轨。该机构还包括将小齿轮耦合到管道穿越机器人的第二部件的第二导轨。管道穿越机器人的第一部件与第二部件的相对位置基于管道的直径的改变使得第一导轨和第二导轨在相反方向上移动相同的距离，使得小齿轮的纵向位置以及与其耦合的辐射源或成像器的纵向位置保持不变。

13、本公开的实施例还涉及用于检测管道的表面中的潜在异常的计算机视觉系统，该系统包括至少一个处理器，该处理器适于获得存储在非暂态介质上的计算机可执行指令，所述指令在由至少一个处理器执行时使得至少一个处理器处理射线照相影像以在射线照相影像中定义管道与管道周围的绝缘体之间的测得界面、确定管道与绝缘体之间的预期界面应当位于射线照相影像中的何处、检测射线照相影像中测得界面落在异常阈值之外的一个或多个区域，并且将射线照相影像中测得界面落在异常阈值之外的一个或多个区域识别为包含潜在异常。

14、在一些实施例中，辐射源被配置为指引与管道的外表面相切的辐射场，使得辐射场的第一部分接触管道并且辐射场的第二部分经过管道的对应外围。成像器定位成与辐射源相对并且被配置为接收从辐射源发射的辐射场的第二部分。

15、在一些实施例中，通过查找射线照相影像的与管道和绝缘体对应的部分之间的具有最大对比度的区域来定义测得界面。

16、在一些实施例中，通过识别射线照相影像中的像素高于亮度阈值的位置来定义测得界面。

17、在一些实施例中，基于辐射源和用于捕获射线照相影像的成像器相对于管道的已知定位以及管道的已知直径来识别预期界面。

18、在一些实施例中，通过以下操作识别预期界面：(i)沿着管道的区段定义测得界面，以及(ii)沿着管道的长度外推在管道的该区段上定义的测得界面，其中外推中使用的测得界面遵循预定距离的直线，该预定距离指示表面沿着管道的该区段没有异常。

19、在一些实施例中，通过以下操作识别预期界面：(i)定义沿着管道的区段的测得界面，(ii)计算沿着管道的区段的测得界面的平均值，以及(iii)沿着管道的长度外推在管道的区段上定义的平均测得界面。

20、在一些实施例中，异常阈值是预期界面。

21、在一些实施例中，异常阈值与预期界面偏移预定量。

22、在一些实施例中，潜在异常包括壁损失或腐蚀副产物中的至少一个。当射线照相影像中测得界面比预期界面更靠近管道的中心时，识别出壁损失异常。当射线照相影像中测得界面比预期界面更远离管道的中心时，识别出腐蚀副产物异常。

23、在一些实施例中，计算机可执行指令被配置为使得至少一个处理器将射线照相影像的各个帧拼接在一起、扫描拼接的射线照相影像以查找潜在异常，并向操作者呈现拼接的射线照相影像以及检测到潜在异常的位置的指示符以供操作者对潜在异常进行目视确认。

24、在一些实施例中，计算机可执行指令被配置为使得至少一个处理器扫描射线照相影像的各个帧以查找潜在异常，并向操作者呈现被识别为包含潜在异常的各个帧以及一个或多个先前帧以供操作者对潜在异常进行目视确认。

25、在一些实施例中，计算机可执行指令被配置为使得至少一个处理器扫描射线照相影像的各个帧以查找潜在异常，仅在检测到潜在异常时，拼接被识别为包含潜在异常的各个帧以及一个或多个先前帧，并将拼接的帧呈现给操作者以供操作者对潜在异常进行目视确认。

26、在一些实施例中，在捕获射线照相影像时执行这些步骤，以便使得能够近实时或实时地检测潜在异常。

27、本公开的实施例涉及一种用在管道穿越机器人上的射线照相系统。该系统包括辐射源，该辐射源被配置为指引与管道的外表面相切的辐射场，使得辐射场的第一部分接触管道并且辐射场的第二部分经过管道的对应外围。该系统还包括被配置为接收从辐射源发射的辐射场的第二部分的成像器。该系统还包括计算机视觉系统，该计算机视觉系统包括至少一个处理器，该至少一个处理器适于获得存储在非暂态介质上的计算机可执行指令，所述指令在由至少一个处理器执行时使得至少一个处理器处理由成像器捕获的射线照相影像以定义射线照相影像中管道与管道周围的绝缘体之间的测得界面。该系统还包括控制系统，该控制系统被配置为基于射线照相影像中测得界面的位置或不存在测得界面来自动调整管道穿越机器人上辐射源和成像器中的至少一个的位置，使得当管道穿越机器人位于管道上时，辐射源和成像器分别以所述方式指引和接收辐射场。

28、本公开的实施例涉及一种故障安全机构，该故障安全机构被构造为防止机器人从管道上掉落，同时允许机器人穿越与管道垂直或与管道相切地延伸的障碍物。故障安全机构包括弯曲臂和引导件，弯曲臂通过引导件沿着与管道基本同心的路径可滑动地延伸和缩回。故障安全机构还包括马达，用于选择性地为弯曲臂在以下状态之间的运动提供动力：(i)延伸状态，在该状态下，弯曲臂包围管道的圆周的全部或未被机器人包围的一部分，以及(ii)缩回状态，在该状态下，弯曲臂在弯曲臂的远端与机器人之间暴露围绕管道的周向间隙，该周向间隙足够宽以允许障碍物在机器人越过障碍物穿越管道时从中穿过。

29、在一些实施例中，弯曲臂的形状和维度与管道的形状和维度互补。

30、在一些实施例中，在延伸状态下，周向间隙的维度小于管道的直径，使得管道不能穿过周向间隙。

31、本公开的实施例涉及一种用于穿越管道的长度的机器人。该机器人包括仅部分地包围管道的圆周的架构。该机器人还包括一个或多个故障安全机构。每个故障安全机构包括弯曲臂，该弯曲臂被构造为选择性地延伸和缩回以(i)封住管道的圆周的至少一部分，该至少一部分适合于防止机器人从管道上掉落，以及(ii)暴露管道的圆周的至少一部分，该至少一部分的宽度足以在机器人越过障碍物穿越管道时允许障碍物从中穿过。

32、在一些实施例中，该架构具有足够宽以供管道穿过的开口部分。

33、在一些实施例中，该架构使得当机器人附接到管道并且一个或多个故障安全机构缩回时，机器人仅位于管道的一侧。

34、在一些实施例中，机器人包括两个或更多个故障安全机构，其中两个或更多个故障安全机构中的至少两个定位在彼此相同的横向平面中。

35、在一些实施例中，机器人包括两个或更多个故障安全机构，其中两个或更多个故障安全机构中的至少两个沿着机器人的长度定位在不同的纵向位置处。