[發明專利]一種通過超聲檢測約束針狀物體在三維空間中運動的方法

有效

• 申請號: 201710674414.6
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107356679B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 袁杰;尤琦;朱昀浩
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

本發明公開了一種通過超聲檢測約束針狀物體在三維空間中運動的方法，包括以下步驟：選定針狀物體在三維空間中的運動平面，使用超聲傳感器對該平面成像；控制針狀物體在該平面中運動，同時測量針狀物體當前的三個轉動自由度；根據測量的轉動自由度以及超聲傳感器探測的圖像判斷針狀物體是否始終處于選定的運動平面上，如果其運動方向產生了偏離，則立刻調整其運動方向直至其回到選定的運動平面上；通過上述的方法，約束針狀物體在三維空間中一固定平面上運動。本發明使用了超聲檢測方式，提出了一種可用于精密控制領域的約束針狀物體在三維空間中運動的方法。

技術領域

本發明屬于超聲檢測及處理領域，尤其涉及一種通過超聲檢測約束針狀物體在三維空間中運動的方法。

背景技術

經過幾十年的研究，超聲檢測在各領域的應用也日趨深入。在超聲檢測的方法中，超聲成像是一種簡便、直觀、有效的檢測手段，通過超聲波對目標區域的反射信號成像，能夠快速且精準地定位目標區域中所需檢測的物體，但同時，超聲成像檢測法也存在缺點，首先，目前應用較為廣泛的超聲成像技術都是使用的手持超聲傳感器，在精密控制領域，手持超聲傳感器很難直接滿足檢測的需求，其次，超聲成像檢測法是通過人眼分析超聲圖像進而做出判斷的一種檢測方法，其過程中存在一定的主觀性影響。因此，需要一種方法，能在現有超聲檢測方法的基礎上進行改進與創新，實現精密控制領域的超聲檢測。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有的超聲檢測方式，提供了一種通過超聲檢測約束針狀物體在三維空間中運動的方法，改進了超聲檢測過程的精確性與可靠性。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種通過超聲檢測約束針狀物體在三維空間中運動的方法，包括如下步驟：

步驟1，選定針狀物體在三維空間中的運動平面，使用超聲傳感器對該運動平面成像，得到重建的二維超聲圖像；

步驟2，控制針狀物體在該運動平面中運動，同時測量針狀物體當前的三個轉動自由度；

步驟3，根據測量的轉動自由度以及重建的二維超聲圖像判斷針狀物體是否始終處于選定的運動平面上，如果其運動方向產生了偏離，則立刻調整其運動方向直至其回到選定的運動平面上；

步驟4，通過步驟1～步驟3，約束針狀物體在三維空間中一固定平面上運動。

所述線陣超聲傳感器包括一組以上的線性排列的傳感器元組，線陣超聲傳感器通過手持方式自由控制。在對目標三維空間發射與采集超聲信號過程中，可以對目標三維空間的任意位置進行探測。

步驟1中，所述針狀物體是一細長的剛體，用于探測三維空間中選定平面內的目標區域，針狀物體能夠在三維空間的選定平面內運動，但其運動范圍不能超出選定平面，超出時則判定為偏離了正確的運動方向。

步驟1中，超聲傳感器包括一組線性排列的傳感器元組，選定成像平面后，超聲傳感器必須固定位置不得移動，保持對該目標平面的實時成像。

步驟1中，所述使用超聲傳感器對運動平面成像，使用的重建信號是線陣超聲傳感器采集到的目標三維空間對超聲波的反射信號，使用的重建方法是基于反射信號的波束形成以及延時疊加重建方法：

波束形成法，是利用線陣傳感器發射不同時延的信號使信號能夠聚焦在一個區域或者一個方向；目的是為了使最終重建出的超聲輝度圖成像質量更高，在這個過程中，若使信號沿著一個方向聚焦，其目的是為了避免在其它方向上可能存在的遮擋物干擾超聲信號傳輸的情況，若使信號在一個區域聚焦，其目的是為了更好地在成像結果中顯示出該區域的信息，也可以兩種聚焦方式結合使用，以此來反應出成像區域中不同層次的信息，

延遲疊加法，是對應波束形成法的一種圖像重建方法，在接收信號延遲疊加時，延遲是對應波束形成時的發射信號延遲，通過延遲后的疊加能夠重建出發射信號的聚焦成像區域，對于沿某一方向聚焦的波束形成，信號延遲的計算公式為：