一种输电线路的X射线无损检测机器人的制作方法

本发明属于输电线路无损检测，尤其涉及一种输电线路的x射线无损检测机器人。

背景技术：

1、输电线路是将发电厂或电源站产生的高电压电能传输到不同地点以满足用户电力需求的系统；就结构形式而言，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。因为输电线路的重要性，所以常采用一些检测手段来检测输电线路是否出现故障或部件损坏，而利用x射线对输电线路进行无损检测则是其中的一种常用技术。x射线检测在输电线路的安全检查和维护中具有非破坏性、高灵敏度、准确性以及快速检测等优势，但同样会具有一定的局限性，因此尝试多种检测方式从而使得输电线路可以进行无损地、多角度和多层次的检测，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种输电线路的x射线无损检测机器人，采用x射线检测和超声波检测相结合的方式对输电线路进行无损地、多角度、多层次的检测，从而提供及时准确的检测结果，进而及时发现并解决输电线路中的潜在故障和缺陷，确保输电线路的安全运行。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本技术实施例提供了一种输电线路的x射线无损检测机器人，包括依次通信连接的射线投射模块、射线成像模块、无线传输模块、图像分析模块和告警维护模块；还包括通信连接的超声发射模块和回波成像模块；所述回波成像模块与所述无线传输模块通信连接；

4、所述射线投射模块，用于发射x射线对输电线路中的检测对象进行透照；

5、所述射线成像模块，用于接收x射线透照后形成的数字图像；

6、所述无线传输模块，用于将所述数字图像进行传输；

7、所述图像分析模块，用于对所述数字图像进行实时处理和分析，生成分析结果；

8、所述告警维护模块，用于根据所述分析结果生成告警通知，并对所述输电线路进行维护和修复；

9、所述超声发射模块，采用超声波探头向所述输电线路发射超声波信号；

10、所述回波成像模块，用于接收和记录回波信号，并通过处理所述回波信号形成所述数字图像；

11、其中，在所述超声波探头与所述输电线路之间涂抹耦合剂；

12、其中，所述数字图像包括：基于x射线检测形成的x射线图像，以及基于超声波检测形成的超声波图像；

13、所述数字图像还包括缺陷部位和缺陷类型；根据所述缺陷部位确定缺陷等级，根据所述缺陷类型进行图像描述并确定处置建议；其中，所述缺陷等级包括正常状态、一般缺陷、重大缺陷和紧急缺陷；

14、其中，所述射线投射模块包括x射线机；所述射线成像模块包括dr平板探测器；所述无线传输模块包括无线传输系统；所述图像分析模块包括移动工作站；

15、对所述输电线路进行无损检测包括如下步骤：

16、所述x射线机发射x射线对所述输电线路中的检测对象进行透照；

17、所述dr平板探测器接收透照后形成的数字图像；

18、所述无线传输系统将所述数字图像发送至所述移动工作站进行处理；

19、所述移动工作站对所述数字图像进行处理和分析，生成所述分析结果；

20、维护人员根据所述分析结果对所述输电线路进行维护和修复

21、其中，所述检测对象包括第一检测对象和第二检测对象；

22、所述第一检测对象包括耐张线夹和接续管；

23、所述第二检测对象包括gis设备；

24、其中，在所述第一检测对象中，第一检测区域包括钢锚与外部铝套管压接部位、芯线与锚管压接部位、芯线接续管压接区域、外部铝管与绞线压接区域以及中间套管压接区域；

25、在所述第二检测对象中，第二检测区域包括三相分筒gis的断路器、三相共筒gis的断路器、隔离开关分/合闸状态、吸附剂安装、母线导体配合以及筒体焊接质量。

26、优选的，对所述第一检测对象进行透照布置，具体操作如下：

27、将成像板/胶片紧贴耐张线夹/接续管，并保持所述成像板/胶片与所述耐张线夹/接续管平行；

28、所述成像板/胶片与所述耐张线夹/接续管形成第一透照区域；

29、将x射线源布置在远离所述成像板/胶片的一端，且使得所述x射线源发出的x射线束的中心垂直指向所述第一透照区域的中心；

30、其中，若所述成像板/胶片与所述耐张线夹/接续管无法紧贴，则拉大所述x射线源的焦距。

31、优选的，所述x射线源的焦距f表示为：；

32、其中，l1表示所述耐张线夹/接续管的透照投影长度；

33、θ表示所述x射线源的垂直辐射角度的1/2；

34、对所述第一检测对象进行结构性缺陷检测并生成所述数字图像，所述数字图像的几何不清晰度ug表示为：ug=f2*d/f1；

35、其中，f1表示为所述耐张线夹/接续管表面至所述x射线源的距离；

36、f2表示为耐张线夹/接续管表面至成像板/胶片表面的距离；

37、d表示所述x射线机的焦点直径/当量直径。

38、优选的，根据透照厚度选择射线管电压，并根据透照质量进行动态调整；

39、透照厚度w表示为：；

40、其中，d表示为所述耐张线夹/接续管的外径；

41、表示为所述耐张线夹/接续管的内径；

42、在实际检测中，按照检测速度、检测设备和检测质量的要求，通过协调管电流和曝光时间来选择曝光量；

43、其中，所述dr平板探测器通过选择采集帧频、图像叠加幅数和所述管电流控制所述曝光量。

44、优选的，对所述第二检测对象进行透照布置，具体操作如下：

45、将所述x射线机和x射线探测器分别放置于所述gis设备的两侧；

46、其中，所述x射线探测器包括成像板/胶片；所述gis设备包括若干检测部件；所述x射线机包括x射线管焦点；

47、将所述成像板/胶片紧贴所述gis设备，并形成第二透照区域；

48、令所述x射线管焦点的射线束中心垂直指向所述第二透照区域的中心；

49、所述x射线管焦点与所述成像板/胶片的距离l满足：lgis=lgis1+lgis2；

50、其中，lgis1表示为所述x射线管焦点与所述检测部件之间的距离；

51、lgis2表示为所述检测部件与所述成像板/胶片之间的距离；

52、其中，动态调整所述射线束中心指向第二透照区域中心的角度，选择最优透照角度。

53、优选的，所述图像分析模块包括依次通信连接的图像采集单元、图像预处理单元、图像识别单元、图像模型单元和图像档案单元；

54、所述图像采集单元，用于获取原始数字图像；

55、所述图像预处理单元，用于对所述原始数字图像进行预处理，生成预处理图像；

56、所述图像识别单元，用于对所述预处理图像进行扫描和识别，获取缺陷图像；

57、所述图像模型单元，用于根据所述缺陷图像建立图像分析模型；

58、所述图像档案单元，用于根据所述缺陷图像建立图像档案；

59、其中，所述预处理包括图像去噪、图像变换、图像增强、边缘检测、图像恢复和图像拼接；

60、其中，建立所述图像档案的步骤包括：

61、获取若干所述缺陷图像；

62、获取若干设备参数；所述设备参数包括：检测参数设置、检测设备与被检测设备的相对位置、检测设备原始图纸尺寸；

63、结合所述设备参数对所述缺陷图像进行尺寸量化和缺陷定位，生成历史检测图像；

64、基于若干所述历史检测图像建立所述图像档案。

65、优选的，采用bm3d算法对所述原始数字图像进行图像去噪，其包括基础估计部分和最终估计部分，所述基础估计部分和最终估计部分均包括相似块分组、协同滤波和聚合；

66、其中，在所述基础估计部分的相似块分组中，将所述原始数字图像划分成多个区域进行处理，以图像块为单位进行滤波，再整合成一个三维矩阵；其包括如下步骤：

67、在所述原始数字图像中获取参照块；

68、在设定的区域范围内搜寻相似块；

69、将所述参照块和所述相似块通过整合形成三维矩阵；

70、其中，所述相似块的搜寻方式表示为：

71、；

72、其中，为欧氏距离；为归一化因子；为像素p的领域；为像素q的领域；a为高斯核标准差；h 为高斯系数；

73、在所述基础估计部分的协同滤波中，获取多个三维矩阵，通过多次变换得到滤波后的图像块，其过程表示为：

74、；

75、其中，γ为硬阈值处理；和分别代表变换与反变换过程。

76、优选的，在所述最终估计部分的相似块分组中，形成两个三维矩阵和；在所述最终估计部分的协同滤波中，对和做二维变换，再采用维纳滤波进行系数缩放，该过程表示为：

77、；

78、其中，ψ表示噪声强度的标准差；和分别表示变换与反变换过程。

79、优选的，采用同态滤波算法对所述原始数字图像进行图像增强，包括如下步骤：

80、s91，对所述原始数字图像进行函数关系建模，其关系式为：；

81、其中，为照射强度；为反射强度；

82、s92，对所述关系式的等式两边取对数，将其转化为：；

83、s93，通过傅里叶变换将函数关系转化到频域上，表示为：；

84、s94，采用高斯型高通滤波器对低频能量进行压制并提高高频能量；

85、s95，对函数进行傅里叶反变换并求取其指数，获得对比度增强后的图像。

86、优选的，所述超声发射模块和所述回波成像模块采用超声相控阵检测技术，用于按照延时规则和激发顺序将所述超声波信号施加至待激活晶片上，并按照所述延时规则和所述激发顺序对所述回波信号进行接收和处理；

87、其中，所述超声波探头为超声相控阵换能器，所述超声相控阵换能器由多个压电晶片按照一定序列组成；

88、所述压电晶片采用最优的透声层厚度，所述透声层厚度由边界条件确定；为声强投射系数，r为声强反射系数；

89、所述声强投射系数表示为：；

90、所述声强反射系数表示为：；

91、其中，z1和z2分别为介质1和介质2的声阻抗率；

92、所述声阻抗率表示为：；

93、其中，ρ表示介质的密度；c表示声波在介质中的传播速度；

94、其中，所述透声层厚度为。

95、本发明的有益效果为：

96、（1）本发明采用x射线检测和超声波检测相结合的方式对输电线路进行无损地、多角度、多层次的检测，从而提供及时准确的检测结果，进而及时发现并解决输电线路中的潜在故障和缺陷，确保输电线路的安全运行。

97、（2）本发明对耐张线夹/接续管以及gis设备分别进行检测，并根据不同的检测部位和检测要求进行不同的透照布置以及设置相应的透照参数，从而保证检测结果的准确性。

98、（3）本发明在图像处理过程中采用bm3d算法对原始的数字图像进行图像去噪，利用图像的全局信息进行滤波的思想，以块为单位将图像划分为多个小区域，通过在图像中寻找相似块并求取这些相似块的平均的方法达到去除噪声的目的，使得图像特征更加明显，从而获得更高质量的图像，有利于目标检测算法对其进行有效识别。

99、（4）本发明在图像处理过程中还采用同态滤波算法对原始数字图像进行图像增强，通过对图像灰度的调整，在不损失图像亮区信息的前提下，实现对暗区特征的增强，使得更多的暗区细节得以显现；同时，通过抑制低频能量、增强高频能量的方式，还进一步锐化图像的边缘信息，从而使得图像的对比度得到增强，还原了图像的更多细节特征并增强了图像的有效性，进而有利于目标检测算法对其进行有效识别。

100、（5）本发明采用超声相控阵检测技术进行超声波检测，通过激发一组按照一定规则和时序排列且相互独立的压电晶片进而控制超声波声束的偏转或聚焦，使得检测能完全覆盖检测对象，并通过电子扫描、波束偏转扫描或变深度聚焦扫描等扫描方式生成修正的内部结构图像，实现了对缺陷的精确定位。

101、（6）本发明在利用超声波检测时会在检测对象上涂抹耦合剂，耦合剂用于填充检测对象与探头接触面之间的微小空隙，使得这些空隙间的微量空气不会影响超声波的穿透；其次通过耦合剂“过渡”作用，使探头与检测对象之间的声阻抗差减小，从而减小超声能量在此界面的反射损失，进而提高了超声波检测的精确性。