基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统及方法与流程

本申请涉及电力设备无损检测领域，尤其涉及一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统及方法。

背景技术：

1、瓷支柱绝缘子在长期运行过程中易受机械应力及环境因素影响，在其内部产生裂纹等缺陷，若未能及时检测，可能影响电力系统的安全运行。

2、现有技术中，主要依赖人工操作的超声检测设备对绝缘子进行检测，该方法对操作人员经验依赖较强，且在高空作业环境下存在劳动强度大、安全风险高等问题，难以实现自动化检测。

3、此外，现有超声检测设备多为封闭式系统，缺乏标准化数据接口，难以与机器人系统集成。同时，在检测过程中，机械臂振动、耦合状态不稳定以及扫描速度与检测精度之间的矛盾，会影响检测结果的稳定性与准确性，制约了瓷绝缘子自动化精准检测的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决现有瓷绝缘子检测过程中存在的自动化程度低、检测稳定性差以及难以与现有超声检测设备集成等问题，提供一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统及方法。

2、本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、系统包括：

4、移动平台及机械臂，所述机械臂末端搭载有超声探头；

5、视觉采集装置，用于捕捉手持式超声检测仪的显示界面；

6、主控单元，内置图像处理模块；

7、所述主控单元通过所述图像处理模块提取所述显示界面中的超声波形像素特征，将其转化为数字化幅值信号，并基于该信号执行两阶段扫描策略：在快扫阶段，当识别到的回波幅值触及预设预警阈值时，记录当前空间坐标；在慢扫阶段，基于数字化幅值信号调节机械臂的运动状态，通过机械臂针对标记坐标区域执行往复精细扫描；若精细扫描确认存在缺陷，则记录缺陷信息；若未发现缺陷，则结束该区域的检测。

8、可选的，所述主控单元内置有多种超声检测仪的ui模板，通过特征点锚定对不同型号设备的显示界面进行自动识别与透视校正，所述透视校正采用单应性变换矩阵实现。

9、可选的，所述快扫阶段的预警阈值低于标准报警阈值15%至25%，且所述慢扫阶段的扫描速度低于快扫阶段的第一速度。

10、可选的，在所述慢扫阶段，所述主控单元引入卡尔曼滤波算法对数字化幅值信号的波形序列进行平滑处理；

11、卡尔曼滤波算法的观测噪声协方差，根据机械臂末端加速度传感器的反馈值进行动态补偿，其关系式为：其中，为基础噪声协方差，为灵敏度系数，为末端振动加速度方差。

12、可选的，所述主控单元构建基于超声始波能量的压力闭环回路，实时提取数字化波形中的始波能量值，并根据该能量值调节所述机械臂对绝缘子表面的法向抵紧压力。

13、可选的，所述法向抵紧压力的调节通过先增量式 pid 算力、后导纳控制转位移的两级控制架构实现，具体包括：

14、首先基于始波能量偏差采用增量式 pid 控制律计算法向补偿力，再通过基于质量-弹簧-阻尼的导纳控制模型，将法向补偿力转化为机械臂末端的柔顺位移指令；

15、所述导纳控制模型表示为：其中，为期望惯性矩阵，为期望阻尼矩阵，为期望刚度矩阵，为根据始波能量偏差采用增量式pid控制律计算得到的法向补偿力。

16、一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测方法，所述方法包括：

17、步骤s1：获取手持式超声检测仪的显示界面并畸变校正，提取超声回波波形数据；

18、步骤s2：基于超声回波波形数据控制机械臂执行快速圆周扫描；

19、若超声回波波形数据的波形幅值触及预警阈值则锁定疑似缺陷坐标区域；

20、步骤s3：针对疑似坐标区域，基于末端加速度反馈调节卡尔曼滤波参数进行信号平滑，并以低于快速圆周扫描的速度执行慢速复检；

21、步骤s4：在慢速复检确认缺陷后，同步记录缺陷的三维空间坐标、波形截图及作业视频，生成多模态检测报告。

22、可选的，所述步骤s2包括：

23、在快速圆周扫描过程中，根据超声回波波形数据，对机械臂上搭载的超声探头的接触状态进行评估；

24、采用基于始波能量偏差的导纳控制算法计算法向补偿力，通过法向补偿力维持探头耦合状态，具体包括：

25、基于离散化时间窗口计算始波能量，并采用增量式pid控制律计算法向补偿力：

26、

27、其中，为计算输出的法向补偿力增量；为能量偏差，、、分别为比例、积分、微分系数；再通过导纳控制模型将法向补偿力转化为机械臂末端的柔顺位移指令。

28、本申请提供的技术方案带来的有益效果是：

29、1.针对封闭式超声仪无数据接口的问题，通过工业相机采集屏幕图像，结合模板匹配与透视校正算法，将波形像素特征转化为数字化幅值信号。无需拆解设备或破解底层协议，实现异构超声仪的自动化集成，大幅提升系统兼容性。

30、2.先以低阈值快速普查锁定疑似区域，再以高灵敏度慢速复检验证。兼顾巡检效率与检测精度，避免漏检的同时减少无效作业时间。

31、3.根据机械臂末端加速度方差动态调整滤波器观测噪声协方差。有效抑制高空振动引发的波形伪峰，提升恶劣工况下信号重构的可靠性。

32、4.实时提取始波能量作为耦合状态反馈，通过导纳模型动态补偿法向贴合力。维持探头与弧面稳定接触，消除刚性碰撞导致的信号失配与耦合剂流失。

1.一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统，其特征在于，所述系统包括：

2.如权利要求1所述的一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统，其特征在于，所述主控单元内置有多种超声检测仪的ui模板，通过特征点锚定对不同型号设备的显示界面进行自动识别与透视校正，所述透视校正采用单应性变换矩阵实现。

3.如权利要求1所述的一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统，其特征在于，所述快扫阶段的预警阈值低于标准报警阈值15%至25%，且所述慢扫阶段的扫描速度低于快扫阶段的第一速度。

4.如权利要求1所述的一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统，其特征在于，在所述慢扫阶段，所述主控单元引入卡尔曼滤波算法对数字化幅值信号的波形序列进行平滑处理；

5.如权利要求1所述的一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统，其特征在于，所述主控单元构建基于超声始波能量的压力闭环回路，实时提取数字化波形中的始波能量值，并根据该能量值调节所述机械臂对绝缘子表面的法向抵紧压力。

6.如权利要求5所述的一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统，其特征在于，所述法向抵紧压力的调节通过先增量式 pid 算力、后导纳控制转位移的两级控制架构实现，具体包括：

7.一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测方法，用于实现如权利要求1-6任意一项所述的一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测系统，其特征在于，所述方法包括：

8.如权利要求8所述的一种基于视觉解耦识别的瓷绝缘子超声检测方法，其特征在于，所述步骤s2包括：